浅谈清水池设计

2017-11-03朱振中

四川水泥 2017年9期

关键词：清水池壁板水池

朱振中

(中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

浅谈清水池设计

朱振中

(中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

本文针对城市给水厂内的主要构筑物清水池的主要类型特点及各种常见结构体系的优缺点，结合实际设计，进行阐述。关键词：清水池；结构体系

0 前言

清水池(clean-water reservoir)是城市给水厂内的主要构筑物之一,起调节、储存水量和消毒池的作用。随着社会的进步，城市的飞速发展供水规模日趋增大，清水池的平面尺寸也不断加大。

清水池的主要池型分为圆形和矩形，而随着水池的容量加大，用地紧张，圆形清水池较少被选用，故本文主要针对矩形清水池进行介绍。

1 清水池的结构分类

根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002），规定的最大伸缩缝间距为：地面式水池20米；地下式水池30米。现在设计的数清水池大多为万吨以上的容量，平面几何尺寸已经大大超过了规范对于最大伸缩缝间距的要求。必须设置伸缩缝以适应温度湿度和混凝土的收缩变形。

矩形清水池可分为设缝，不设缝两种。设缝矩形清水池根据结构体系可分为两种，一种是将顶板与壁板整体浇筑，另一种是在顶板与壁板间设缝，使壁板成为承受水平荷载的独立悬臂构件，(见图1)。

不设缝矩形清水池根据最大伸缩缝间距可分为两种，一种是在最大伸缩缝间距规定范围内的，不用设置伸缩缝，另一种是超出规定范围，以设置后浇带或膨胀加强带代替伸缩缝。

2 清水池的结构特点

现对不同类型清水池结构体系做一下简单介绍：

1) 设缝整体浇筑一般是按照规范所要求的伸缩缝最大间距以及清水池的具体尺寸，将清水池均匀分为不同的单元，各单元之间用橡胶止水带相连，并填入嵌缝密封料。各单元之间受力相互独立。

2)设缝分离式同样用伸缩缝将清水池均匀分为不同单元，同时因顶板与壁板设缝分离，壁板成为承受水平荷载的独立悬臂构件可按挡土墙考虑，而各单元为独立的无梁楼盖，承受本单元范围内的垂直及水平荷载。

3) 不设缝设置后浇带或膨胀加强带设置位置要求在混凝土收缩应力发生最大的部位，一般也就是长度方向的中间位置，对于超过混凝土伸缩缝设置最大间距较多时，可设置多条后浇带带或膨胀加强带。同时设置位置还要符合工艺要求。

以上是目前设计中比较常见的清水池类型，现将结合本人的实际设计的工程对于不同结构体系的清水池的设计做以简单分析。

3 清水池的工程实例

1)本工程为某水厂工程,水厂清水池容积为3万m3，分为两座，每座1.5万m3,平面尺寸为65.6m×65.6m,采用地下式钢筋混凝土现浇结构形式，池顶及池壁采取保温措施。清水池纵向及横向各设置 1条伸缩缝。本水池采用设缝整体浇筑进行设计，这种结构体系是用伸缩缝将水池分为各个单元，各单元均为空间框架结构或空间剪力墙结构。壁板在静水压力作用下为底端固定，上端固定承受水平荷载的单向板，而各个单元则以平面抗侧力结构，即：等代框架或等代边框架进行计算。各抗侧力结构通过平面刚度很大的顶板协同作用。进而采用空间作用系数分配法，同时根据各抗侧力结构的抗侧移刚度的大小，并考虑各单元刚度中心的偏心效应，将水平力分配到各抗侧力结构，然后按平面框架结构进行内力分析。对各单元的平面框架结构，在水平力的作用下，尤其是地震荷载作用，均会产生侧向位移，而使框架梁内力增大，框架柱偏心受压，因此在伸缩缝附近设置刚度较大的边框架作为抗侧力构件，以提高单元抗侧移刚度。而在本工程的设计中，在通常的边框架基础之上，又增设了斜撑，(见图3，4)。

设置斜撑，水平荷载可由斜撑承担，加强边框架基本不产生水平位移，或只产生较少水平位移。在加强边框架平面范围内双向布置，抵抗两个方向的水平力。(见图 5)。

从而形成了抗侧移刚度很大的边框架，这样，在各单元四周就形成了刚度很大的抗侧力构件：壁板及加强边框架，之前结构体系抗侧力布置不对称的情况得到了极大地改善。可以有效地抵抗各种水平荷载，尤其是地震力的作用。

2)设缝分离式清水池，本人在设计中未采用过，查阅其他项目图纸，及相关资料，对设缝分离式的特点有一定了解。如之前介绍，壁板顶部与顶板完全脱开，顶板与柱按等代框架计算，承担本榀框架范围内的荷载作用，壁板按上端自由下端固定的挡水墙考虑。此种清水池的优缺点十分明确，优点是受力明确，计算简便同时又可避免水平转角处应力集中，但缺点是水池整体性较差，节点处理较为复杂，设缝较长，不利于抵抗水平地震力，壁板较厚，尤其是当水池较深时，尤为明显。故此种清水池适用于抗震设防烈度较低（如7度及低于7度）。水池深度较浅（如3m以下）的项目。