悬臂式水池侧壁的一种设计方法

悬臂式水池侧壁的一种设计方法

张霖

华北电力设计院有限公司北京100120

摘要：悬臂式水池侧壁最大受力点位于侧壁底部，一般由底部弯矩及裂缝控制水池侧壁的壁厚和配筋。而侧壁顶部和中上部一般受力较小。在水池侧壁中部外挑一定宽度的悬挑板，利用悬挑板自重和覆土重，能产生一个与底部弯矩方向相反的集中弯矩，该弯矩可以部分抵消原侧壁受力，使得侧壁底部最大弯矩减小，从而是侧壁厚度和配筋具有一定的优化空间，达到优化设计的目的。

关键词：悬臂水池侧壁

1.悬臂式水池侧壁受力分析及现状简介

当无顶板水池侧壁水平方向尺寸较大时，竖直方向为主要受力方向。通常情况下，该类侧壁可作为受弯构建考虑，计算模型可以采用悬臂梁模型。侧壁的厚度和配筋由弯矩及裂缝计算控制。

悬臂梁计算模型和弯矩图如图1所示。高为H，承受均布荷载p1（地面堆载产生）和三角形荷载p2（土侧压力），产生的弯矩为M1。由图示可知，最大弯矩产生在悬臂梁根部，从下到上，侧壁弯矩以指数减小，在侧壁顶部，受力为零。

图1悬臂式水池侧壁计算模型及弯矩图

实际工程中，也是水池悬臂式侧壁的底部所需要的壁厚和配筋最大，但如果按照侧壁底部的受力确定壁厚和进行配筋，无疑有一定的浪费，存在一定的设计优化可能。针对悬臂式水池侧壁的受力特点，目前主要有以下几种优化设计方法：

1）变截面。即根据悬臂式侧壁的受力特点，将悬臂式侧壁的壁厚进行变截面设计。底部受力大，壁厚较大；中上部受力较小，则壁厚逐渐减小。是一种合理的优化设计思路。

2）加设腋角。即在水池侧壁底部，在有条件的情况下，加设腋角，增强侧壁底部的结构强度。

3）底部局部增强配筋。即单独增加侧壁底部的配筋，以满足该处的强度和裂缝控制要求。

2.加设悬挑板设计悬臂式水池侧壁

由于侧壁的中上部受力和弯矩相对较小，在水池侧壁中部外挑一定宽度的悬挑板，利用悬挑板自重和覆土重，能产生一个与底部弯矩方向相反的集中弯矩，该弯矩可以部分抵消原侧壁受力，使得侧壁底部最大弯矩减小，从而达到优化设计的目的。在侧壁中部增加集中弯矩后的弯矩图2所示。侧壁承受的堆载和土侧压力不变，在距侧壁顶部h1处，由悬挑板自重和覆土重产生了一个集中弯矩M。根据弯矩图，此时水池侧壁底部最大弯矩减小了，侧壁中部弯矩增大，有效利用了侧壁中部的侧壁强度，分担了部分底部弯矩，总而使整个侧壁的壁厚和配筋可以进行一定程度的优化。

图4侧壁增设悬挑板受力弯矩对比

计算中，取1m单宽的悬臂梁，取计算高度h=2.8m，覆土自重取19kN/m?，混凝土自重取25kN/m?。

则在1m单宽侧壁上，悬挑板自重：

p1=25×0.2×1.0×1.0=5kN

悬挑板上覆土厚1.0m，覆土自重：

p2=19×1.0×1.0×1.0=19kN

该悬挑板能提供的集中弯矩大小为：

M=(5+19)×(1.0+0.25)/2=15kN.m

其受力和内力计算值见图4所示。根据计算弯矩进行配筋，结果见表1所示。

表1不设和设置悬挑板侧壁内力配筋对比表

由以上计算结果可以看到，如采用侧壁外挑悬挑板的设计方案，利用悬挑板自重和板上覆土重，能产生一个可部分抵消侧壁底部受力的集中弯矩，使得侧壁最大弯矩降低了22%。由于底部弯矩的减小，使得侧壁的壁厚可以降低，由原来的300mm降低到了260mm，侧壁受力钢筋的配筋量也降低了16%，整个水池可节省钢筋约0.7吨。

4.结论

采用水池侧壁中部外挑板的方式，可以利用外挑板自重和覆土重产生一个集中弯矩，部分抵消水池侧壁底部的弯矩，使得水池侧壁最大计算弯矩减小，从而可以减小水池的壁厚和受力钢筋的配筋，达到优化设计的目的。本方法也可以和变截面、加腋角、底部配筋加强等方法结合使用，或根据实际工程情况灵活选用。

参考文献：

[1]GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S]

[2]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S]