维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第２４期 ・９０・ ２ ０ ０ ７年８月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎ、Ｅ（ ＵＲＥ Ｖ０１．３３ Ｎｏ．２４ Ａｕｇ．２００７ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）２４—００９０—０２ 关于矩形水池结构的设计过程与构造要求 侯梅 徐虹 张社芬 摘要：结合实际工程，主要论述了矩形水池结构的荷载统计、内力计算及构造要求等内容，并对内力计算时的池壁、顶 板计算模型及计算过程进行了详细阐述，为类似工程的设计提供了理论依据。 关键词：矩形水池，荷载统计，内力计算，构造要求 中图分类号：ＴＵ２７９．７ 文献标识码：Ａ １概述 向压力；可变作用包括上人水池顶盖的活荷载、雪荷载、温度变化 水池是给水排水工程中重要的构筑物之一，一般为钢筋混凝 作用。土结构，按形式可以分为矩形水池和圆形水池，按其是否设顶盖 ３．１永久作用统计 也可以分为敞口水池柏封『刑水池。关于水池的结构设计理论和 包括顶板自重、池顶覆土、池壁自重（６．２５ ｋＮ ）、立柱自 方法比较多，下面结合某２ ５００ ｍ３的矩形消防水池进行探讨。 重、单位面积柱重、底板自重。 ２设计条件 该水池长度Ｌ＝２５．２ ｍ，宽度Ｂ：２５．２ ｍ，池壁高度ｈ０＝ 水平荷载：按郎肯主动土压力理论计算。 １）池内水压力：ｑ水：１０×４．０＝４０．０ ｋＮ／ｍ ；２）池顶活载引 ｋＮ；３）地下水：ｑ水＝ ｄ＝ ４．２ ｍ，底板外伸Ｃ】＝０．３０ ｍ，底板厚度ｈ】：０．３０ ｍ，顶板厚度 起的侧压力：ｑ活＝ｑ×幻＝０．５８ １（Ｎ／ ；４）顶部覆土引起的侧压力：ｑ覆＝１２．６×ｔａｎＺ（４５。一３０。／２）＝ ｈ２：０．１５ ｍ，垫层厚度ｈ３＝０．１０ ｍ，池壁厚度ｈ４：０．２０ ｍ，覆土 １２ ｋＮ／ｍｚ；５）侧面土压力：２４ ｋＮ／ｍｚ。 厚度ｈ ＝０．７０ ｍ，池内水位Ｈｗ＝４．Ｏ０ ｉｎ，立柱尺寸ａ１×ａ１＝ ４．０．３０ ｌｎ×０．３０ ｒＤ＿，地下水高于底板ｈｄ＝２．０ ｍ，地基承载力设计 ３．２可变作用统计 值 ＝４００ ｋＰａ。水池平、剖面见图１。 Ｉ ／ Ｆ 上人顶盖活荷载为１．５ ｋＮ／ｍ２，雪荷载为０．６ ｋＮ／ｍ２。根据 ＣＥＣＳ １３８：２００２给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程第 幻 ／氕Ｉ ／ ／ ／再ｒ 景 ＿●—＿ ／ ／ 雨 ４．３．３条规定，活荷载大于雪荷载，设计应采用活荷载。 ４结构计算 ４．１模型简化 该工程水池计算采用简化计算，将池壁简化为挡土墙计算， 跨ｑ －电 —— 柱上 ／ ／ ／ 共２５ ： ｒ －。－＿ ／ ／ ／ ／ ｒ ＿－＿＿ 将顶盖按无梁楼盖计算。 ，Ｉ１ ４．２计算过程 １）地基承载力验算一般都能满足，文中不再赘述。 １ ４０ —— ／ ／ ／ ／ 承 ｒ —＿—— ２）水池整体抗浮验算。 底板外伸部分回填土重： Ｆ ＝［（Ｈ＋２×ｈ４＋２×Ｃ１）＋（Ｂ＋２×ｈ４）］×２×Ｃ１×／４０× １６＝２ ０８８ ｋＮ。 １ １］０ 一．１ ● 一 ／ ／ ／ ／ ，『Ｉ 葡 ｌ 一 ／ ／ ！ 『 ｒ／ 嚣 抗浮全重：Ｆｋ：水池全重＋覆土重＋ ＝１９ １７５ ｋＮ。 总浮力：Ｆ ＝ＡＲ２×（ｈｄ＋ｈ１）×１０：１３ ７６１ ｋＮ。 ＝１９ １７５ ｋＮ＞Ｋｆ×Ｆ ＝１５ １３７ ｋＮ。 ３）池壁内力计算。 主要有三种荷载组合：ａ．池内无水，池外有土；ｂ．池内有水， ．０ｏ０ 池外无土．ｃ＿池内有水，池外有土。 通过计算，该工程池外土压力作用大于池内水压力，故该工 ７０ｏ 程只考虑ａ种最不利荷载组合下的内力计算。 由于Ｈ／Ｈｏ：２５ ２００／４ ２００＝６＞２，根据ＣＥＣＳ １３８：２００２给 图１ 水池平面图及剖面图（单位：ｌ硼） 水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程第６．１．１条规定，应按 竖向单向板（挡土墙）计算池壁内力。 ３荷载统计 池外土压力作用下池壁内力计算模型可以简化为上端为弹 作用在水池上的荷载分为永久作用和可变作用两类。永久 性固定支承，下端为固定支承的单向弹性板，如图２所示。 作用包括水池自重、土的侧向压力、顶部覆土的竖向压力、水的侧 收稿日期：２００７—０４—２４ 作者简介：侯梅（１９６９一），女，工程师，新疆天麒工程项目管理咨询有限责任公司，新疆克拉玛依８３４０００ 徐虹（１９７２一），女，助理工程师，新疆天麒工程项目管理咨询有限责任公司，新疆克拉玛依８３４０００ ８３４０００ 张社芬（１９６９一），女，助理工程师，新疆时代石油工程有限公司规划建筑分公司，新疆克拉玛依维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第２４期 ２ ０ ０ ７年８月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥ（ｖｒＵＲＥ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．２４ Ａｕｇ．２００７ ・９ｌ・ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）２４—００９１—０２ 浅谈工程结构优化设计 戴烽滔 摘要：对结构优化设计进行了介绍，从设计变量的选择、目标函数的建立和约束条件的形成三个方面探讨了结构优化 的数学模型，详细阐述了工程结构设计的优化方法，结合工程实际进行优化设计并提出了建议，以促进结构优化设计的 发展。 关键词：工程结构，优化设计，数学模型 中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ａ 结构优化设计是相对于传统的结构设计而言。传统的结构 的“最优”，是相对设计者的预定要求而言。 设计（包括现代的一些计算机软件设计）是在规范的基础上进行 的一种结构分析。设计者根据工程要求结合设计经验，参考类似 面的计算。这里的计算往往只是起一种校核和补充的作用。结 结构优化设计的基本思路及方法可归纳为两方面的问题： １）从实际问题中，利用结构分析理论，把问题用数学表达式 ２）选择优化算法求解。 的工程设计，确定结构方案，然后进行强度、刚度、稳定性等各方 表示出来；并建立数学模型。 构优化设计是设计者根据工程设计要求，利用数学工具和计算 １ 结构优化设计的数学模型 机，在全部可能的结构方案中，选择一个最好的方案。因此优化 如何建立数学模型，在结构优化设计中是非常重要的。它不 设计所得的结果，不仅是“可行的”，而且是“最优的”。这里所说 支座负弯矩筋： Ａ＝ ＝— ６８ ￣１ ０６～＝２ ００６ 一 ｆ ｙｒ￣ｈ ０ ３００ ０ ９１４ １２０ ×．× … 。。 ５构造要求 １）水池混凝土等级不应小于Ｃ３０。水池外露时，应考虑混凝 土的抗冻等级。 图２池壁计算简化模型 ２）为提高水池的不透水性，池内的防水水泥砂浆抹面应分五 最大弯矩：Ｍ底＝８４．６７２ ｋｉｎ・ｍ，Ａ ＝１ ３７３ ｒｍ ，ＩＤ＝Ａ ／ 层连续涂抹，每层的接缝须上下左右错开，并应与混凝土的施工 （ｂ×ｈ）＝０．５４９％。即ＩＤ≥ＩＤ ＝０．２００％，满足最小配筋要求。 缝错开。 ４）顶板内力计算。 ３）混凝土浇筑时必须振捣密实，不得漏振，且混凝土应符合 由于该工程满足以下条件：ａ．活荷载为均布荷载，且小于恒 以下要求：ａ．水泥采用４２５号普通硅酸盐水泥；ｂ．混凝土的水泥 载的３倍；ｂ．水池每个方向有连续６跨，大于３跨；Ｃ．任一区格的 用量宜控制在３００ ｋｇ ～３５０ ｋｇ／ｍ３；Ｃ．水灰比宜控制在０．５０ 长短边之比为１．０，小于１．５；ｄ．在同一方向的最大跨度与最小跨 以下；ｄ．混凝土骨料须有良好级配，粗骨料粒径不应大于４０ ｍｉｌｌ， 度之比为１．０，小于１．２； 且不超过最小断面厚度的１／４，含泥量按重量计不应超过１％；ｅ． 所以可以按无梁楼盖经验系数法计算。 计算长度：根据ＣＥＣＳ １３８：２００２第６．１．８－１，６．１．８－２条。 １ １ 砂子的含泥量不应超过３％，云母含量不应超过１％，且二者之和 不应超过３％。 顶盖中跨：Ｌ２＝Ｌ一专Ｃ＝４．２一专×１．０＝３．５３ ｍ； 顶盖边跨：Ｌ】：Ｌ一 ｃ：４．３２５一 ×１．０：３．９９ ｍ； ４）根据混凝土耐久性要求，混凝土最大氯离子含量应小于 ０．２％，最大碱含量应小于３．０ ｋｇ／ｍ。 参考文献： ｘ方向总弯矩：Ｍ ：１３６ ｋｉｎ・ｍ；Ｍ、 ：１３６ ｋｉｎ・ｍ。 根据系数分配弯矩，分别求出柱上板带和跨中板带的弯矩。 跨中正弯矩筋： ［１］ＧＢ ５０００９—２００１，建筑结构荷载规范［ｓ］． ［２］ＧＢ ５００１０—２００２，混凝土结构设计规范［Ｓ］． ［３］ＣＥＣＳ １３８：２００２，给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程 『Ｓ］． Ａ ＝ ｝＝１ ００４ ｒｍ 。 Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｃｏｕｒｓｅ ａｎｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｐｏｏｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＨＯＵＭｅｉ ＸＵＨｏｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｓｈｅ－ｆｅｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｉｔ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃｏｕｎｔｉｎｇ，ｉｎｓｉｄｅ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｒｘ￣ｏｌ ｓｔｒｕｃｔｒｅ，ｅｌｕａｂｏｒａｔｅｓ ｐｏｏｌ ｗａｌｌ ｉｎ ｉｓｉｎｄｅ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｏｐ ｂｏａｒｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｇ ｍｏｄｅｌｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａＳ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｃｏｕｒｓｅ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓｆｏｒｆａｍｉｌｉｒ ａｐｒｏｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｔａｎｇｕｌｒ ｐｏｏｌ，ｌａａｄ ｃｏｏｕｎｔｉｇ，ｉｎｓｉｎｄｅ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｎｅｅｄｓ 收稿日期：２００７ ０４—１７ 作者简介：戴烽滔（１９７９一），男，硕士，讲师，西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳６２１０１０