摘要：结合市政污水处理工程中的钢筋混凝土深水池的结构设计，分析现有矩形水池壁板的几种常规设计形式，通过与常规设计的比较，提出框架式水池的结构设计形式，这种设计形式可更高效率的发挥混凝土结构构件的受力性能，达到节约材料、降低施工造价、有效利用场地空间的目的，为此类水池的结构设计提供更广的参考。
关键词：结构设计；深水池；框架式水池
1引言
钢筋混凝土水池因其良好的实用性，被广泛应用于市政、医药、石油化工等行业的水处理中。根据水处理工艺设计的布置，钢筋混凝土水池的建造因地制宜，其自身有较高的强度和耐久性，再配合相应的防腐蚀措施，几乎可以应用于所有的水处理行业中。
钢筋混凝土水池的基本结构形式主要有矩形和圆形。圆形水池受力性能较好，能充分发挥材料本身的受力性能，从而达到节省造价的效果。而矩形水池更能够适应厂区的布置，在厂区用地紧张的情况下，可以节约用地，间接节约工程造价。所以，在同样处理水量的圆形水池与矩形水池之间，哪一种设计方案最经济，需要综合考虑。实际当中，矩形水池应用的更广泛一些。
在市政行业中，由于工艺设计的原因，处理水的深度一般都在6m以下，矩形水池的池壁采用单向板或双向板结构形式，当水深超过6m时，按照有关设计资料，改用扶壁式结构，即悬挑梁的结构形式。而当特殊情况下，设计水池超过6m很多时，扶壁将会设计的很大，过多占用厂区场地，影响厂区总图的布置和管线的敷设，并且扶壁柱底部的基础也会设计的很大，当地基承载力不高时，这种情况会更明显。
2现有矩形深水池的几种设计形式
对于敞口矩形水池的壁板设计，现在常用的设计形式为悬臂板式和扶壁柱式。
悬臂板式，类似于悬挑板，单纯的厚板悬挑，承担侧面水压力。悬臂板式水池优点是：结构布置简洁，施工模板制作简单，方便施工。缺点是：①池壁为变截面（上窄下宽），施工中容易造成混凝土的浇捣不密实，影响工程质量；②池壁及池底板厚重，钢筋和混凝土的用量大；③增加施工中基坑的宽度和深度。
扶壁柱式，类似于悬挑梁，侧面水压力传给水池壁板，水池壁板传给扶壁柱，扶壁柱再将荷载传给下面的基础底板。扶壁式水池的优点是：钢筋和混凝土的用量较悬臂板式水池少。缺点是：①扶壁柱为变截面，施工中容易造成混凝土的浇捣不密实，增加施工难度；②体型较大，占地面积大，凸出的扶壁柱不利于厂区工艺管线的敷设。
上述两种水池壁板的设计方式，是现有设计规范和设计手册中提到的，但当水池的水深过大时，这两种形式都会使得设计结果出现不太合理的现象，因此根据受力特点，采用框架式结构水池可能是一种较好的解决办法。所谓框架式水池，是指侧面水压力传给水池壁板，水池壁板传给框架柱，框架柱由单层或多层框架梁连接。框架柱主要承受水平荷载下的弯矩，框架梁主要承受轴向拉力。框架柱将一部分侧压力以弯矩形式传给基础，其余部分力与框架梁的轴力相平衡。这种框架式水池的优点是：①构件尺寸规则，施工简单方便；②混凝土和钢筋的用量少；③基坑开挖的宽度和深度较前两者少。缺点是对地基土的要求高，地基土的软硬情况影响框架柱根部的固端假定，因此适用于坚硬土层。
3工程实例与方案比较
本文以辛集市某皮革有限公司污水处理工程的AO池为例，分析一下钢筋混凝土矩形深水池结构设计，对这三种设计形式的结果做一下分析，为这类水池的结构设计做一下探讨。
AO池长64.5m，宽15.3m，池壁高9.9m（地下4m，地上5.9m），设计水深9m，中间有一道0.3m宽导流墙，平面布置见图一。
根据岩土工程勘察报告，基础持力层为第2层新近沉积粉土，地基承载力特征值为100Kpa，压缩模量6.0 MPa。
根据规范要求，水池建成后要对池内充水做闭水试验，合格后才能投入使用，因此本工程闭水试验工况为结构设计的荷载控制工况，以下的结构计算均在此状态下进行。水池结构的混凝土强度等级C30，钢筋强度等级HRB400级。
池体横断面沿纵向3.3m宽范围内，混凝土用量约92m3，钢筋用量约10.2t。
通过上述三种设计形式的比较，在材料应用上，当水池的深度很深时，悬臂板式的设计形式无疑是很不经济的，而框架式的设计形式能够在三者当中做到最经济。
基于以上的方案比较，且所在厂区内空间有限，本工程水池采用框架式结构设计。工程自2014年建成并投入使用以来，运行情况良好，池身结构无开裂、无渗漏、无较大变形，均符合设计要求，满足使用功能。
必须了解，结构计算的假定总会与结构的实际工作状态有差别。本工程假定框架柱与基础底板的连接为固接状态，而实际上因底板的刚度大小和地基土的软硬程度等因素，使得这种假定有一定的难度，即使采用弹性地基梁板的有限元程序计算，也存在地基土基床系数取舍的问题，这些系数的取值也是经验值，并且有很大的浮动范围。因此采用本设计方案时，如遇地基土较软的情况，应采用多种方式计算分析，必要时采取地基加固处理措施。
4结语
1.当矩形水池的设计水深很深时，框架式水池结构形式更有优势，但设计要求较高，必要时要结合地基条件设计。
2.因框架式水池对地基土的要求高，地基土应坚硬密实，否则应采取地基加固处理、增大基础刚度等设计方式，或者采用有限元程序做地基与上部结构的整体分析。
3.框架式水池在结构内部增加约束构件，优化结构设计，减少占地面积，有效提高建设场地的土地利用率。
4.当污水环境中允许采用预应力设计时，在框架梁、柱内施加预应力，可有效降低结构构件的截面积和配筋率，进一步降低工程造价，更能体现框架式水池的设计优势。
参考文献：
[1]GB 50069－2002给水排水工程构筑物结构设计规范[S]
[2]CECS138：2002给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S]
[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范（2015年版）[S]
[4]SH/T3132-2013石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范[S]
[5]《给水排水工程结构设计手册》编委会 给水排水工程结构设计手册（第二版）[M]中国建筑工业出版社 2007
论文作者:陈志鸿1,高原2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：水池论文; 框架论文; 地基论文; 矩形论文; 壁柱论文; 结构论文; 结构设计论文; 《基层建设》2018年第4期论文;