短扶壁对干式矩形泵房外墙受力性能影响的研究.pdf

年 月第 卷第 期?年 月第 卷第 期中 文 引 用 格 式：肖 成 功，柴 江，吴 倩，等短 扶 壁 对 干 式 矩 形 泵 房 外 墙 受 力 性 能 影 响 的 研 究 特 种 结 构，（）：英 文 引 用 格 式：，（）：短 扶 壁 对 干 式 矩 形 泵 房 外 墙 受 力 性 能 影 响 的 研 究肖 成 功柴 江吴 倩古 建 国周 东 升中 国 市 政 工 程 西 北 设 计 研 究 院 有 限 公 司兰 州摘 要：为 研 究 短 扶 壁 对 干 式 矩 形 泵 房 外 墙 受 力 性 能 的 影 响，本 文 通 过 对 悬 臂 外 墙 模 型 和种 不 同 墙 厚短 扶 壁 模 型 的 计 算 结 果 进 行 对 比 分 析，得 出：在 下 部 走 道 板 下 设 置 短 扶 壁 能 大 幅 减 小 外 墙 底 部 的 弯 矩，外 墙 厚 度 越 小，减 小 的 幅 度 越 大；短 扶 壁 模 型 下 部 走 道 板 边 缘 纵 向 拉 力 随 外 墙 厚 的 增 加 而 减 小；短 扶壁 根 部 的 剪 力 随 着 外 墙 厚 度 的 减 小 呈 线 性 递 增 趋 势。与 悬 臂 式 外 墙 方 案 相 比，在 下 部 走 道 板 下 设 置 短扶 壁 的 结 构 方 案 能 显 著 减 小 外 墙 根 部 弯 矩，具 有 显 著 的 经 济 效 益。关 键 词：泵 房外 墙走 道 板短 扶 壁：牞 牞 牞 牶 牞 牞 牞 牶 引 言地 下 部 分 设 有 走 道 板 的 干 式 矩 形 泵 房 是 市 政给 排 水 和 防 洪 排 涝 项 目 中 常 见 的 建 筑 物，给 水排 水 工 程 结 构 设 计 手 册 中 干 式 泵 房 结 构 形 式主 要 有 两 种：一 种 是 下 部 为 钢 筋 混 凝 土 板 式 结构，上 部 为 砌 体 结 构 的 房 屋 结 构；另 一 种 为 带 地下 室 的 框 排 架 结 构。随 着 城 市 规 模 的 增 加，泵 房设 计 逐 渐 呈 现 出 长 度、跨 度 及 埋 深 越 来 越 大，工艺 设 施 功 能 越 来 越 高 度 集 成，这 要 求 泵 房 大 跨 距大 空 间，故 大 多 采 用 下 部 为 地 下 室 上 部 为 框 排 架房 屋 的 矩 形 框 架 式 泵 房。干 式 矩 形 框 架 泵 房 外 墙随 着 纵 向 长 度 及 埋 置 深 度 的 加 大，外 墙 弯 矩 呈 非线 性 增 长，截 面 厚 度 和 配 筋 随 之 大 幅 增 加。常用 的 结 构 布 置 方 案 在 标 高 设 一 层 走 道板（简 称：上 部 走 道 板），当 深 度 超 过下 部 宜再 设 一 层 走 道 板（简 称：下 部 走 道 板）。框 架 式 泵房 结 构 因 中 部 预 留 设 备 安 装 检 修 通 道 及 空 间，不允 许 泵 房 中 部 设 置 横 梁、楼 板 等 水 平 构 件，属 平面 不 规 则 结 构。根 据 给 水 排 水 工 程 钢 筋 混 凝土 水 池 结 构 设 计 规 程（：）第 条 规 定，下 部 走 道 板 宽 度 较 窄 且 泵 房 两 端横 墙 间 距 较 大，不 能 作 为 外 墙 的 水 平 支 承，结 构短扶壁对干式矩形泵房外墙受力性能影响的研究肖 成 功柴 江吴 倩古 建 国周 东 升?计 算 时 一 般 不 考 虑 其 影 响。当 深 度 较 大 时，为 提高 外 墙 抗 弯 能 力，通 常 采 取 加 大 外 墙 截 面 厚 度 和加 大 地 下 室 边 框 柱 高 度 形 成 通 长 扶 壁（底 板 顶 至）两 种 措 施。通 长 的 框 架 式 扶 壁 虽 能加 强 壁 柱 间 墙 的 约 束 减 小 底 部 弯 矩，但 加 大 壁 柱截 面 高 度 形 成 扶 壁，同 样 会 导 致 土 建 投 资 较 大 幅度 的 增 加，且 扶 壁 柱 内 置 侵 占 通 道，外 置 又 增 加用 地 面 积。目 前 国 内 有 关 大 埋 深 泵 房 外 墙 受 力 性 能 分 析研 究 的 文 献 较 少，未 见 系 统 的 分 析 研 究。本 文 以西 部 某 项 目 取 水 泵 房 结 构 设 计 为 例，探 索 在 下 部走 道 板 边 框 柱 处 设 置 内 扶 壁（以 下 简 称“短 扶壁”）与 走 道 板 形 成 对 外 墙 的 有 效 水 平 支 承，协 同受 力，能 在 泵 房 常 规 布 置 中 有 效 减 小 外 墙 弯 矩，提 高 外 墙 抗 弯 性 能。工 程 概 况该 工 程 取 水 泵 房 为 框 架 式 干 式 泵 房，长 度，宽 度，地 下 部 分 深 度，地上 框 排 架 高 度，单 侧 设 有 辅 助 用 房 夹 层，另 一 侧 设 有 设 备 安 装 检 修 用 的桥 式 吊 车部，和 地 下 标 高 设 有 走 道 板 和 局部 楼 板。抗 浮 设 计 水 位 相 对 标 高 为 ，地基 持 力 层 为 卵 石 层，承 载 力 特 征 值，锚 杆抗 浮。建 筑 抗 震 设 防 类 别 为 乙 类，设 计 地 震 基 本烈 度 为度（，第 二 组，）。项 目场 地 用 地 紧 张，设 置 通 长 的 内 扶 壁 会 占 用 走 道 板的 有 效 通 行 宽 度，扶 壁 外 置 又 超 出 用 地 红 线，故放 弃 设 置 通 长 扶 壁 的 方 案。工 艺 要 求 主 要 设 备 布置 区 域 上 空 不 能 设 置 影 响 设 备 吊 装 的 横 梁。泵 房结 构 布 置 见 图。图 泵房布置 建 模 与 内 力 计 算 截 面 厚 度泵 房 底 板 厚 度 为，外 墙 截 面 厚 度 分 别选 取、和。标 高 走 道 板 厚 度，标 高 走 道 板 厚 度，短 扶壁 厚 度 为。混 凝 土 强 度 等 级 均 为，钢筋 强 度 等 级 为级。荷 载 取 值钢 筋 混 凝 土 容 重，土 容 重，地 下 水 容 重；基 本 雪 压 ，基本 风 压 ，地 面 堆 载。根 据 建 筑 基 地 基 础 设 计 规 范（）第 条 规 定，侧 压 力 按 静 止 土 压 力 计 算，侧压 力 系 数，按 文 献 第 条 规 定，采用 水 土 分 算。内 力 计 算结 构 计 算 采 用（：）软 件 进 行 整 体 建模。为 研 究 在 下 部 标 高 走 道 板（以 下 简称“下 部 走 道 板”）下 设 置 短 扶 壁 对 外 墙 受 力 性 能的 影 响，共 建 立个 模 型，包 括：在 标 高 走 道 板 下 设 置 短 扶 壁 的个 不 同 外 墙 厚 度 模型（以 下 简 称“短 扶 壁 模 型”）和个 外 墙 厚 度，不 设 短 扶 壁、也 不 考 虑 走 道 板 有 利 影 响 的悬 臂 模 型（以 下 简 称“悬 臂 模 型”）。上 部 结 构 嵌固 部 位 均 为 底 板 顶。本 文 选 取轴 外 墙 中 部 竖 向 弯 矩 最 大 的 单位 宽 度 板 带 基 本 组 合 条 件 下 弯 矩 作 为 主 要 对 比分 析 指 标，水 平 向 弯 矩、上、下 部 走 道 板 边 缘拉 力 和 短 扶 壁 根 部 面 内 剪 力 作 为 参 考 指 标，根 据有 限 元 计 算 结 果 提 取 内 力，绘 制 内 力 变 化 与 壁 厚相 关 趋 势 见 图 图。竖 向 弯 矩 采 集 点 标 高 分 年 月第 卷第 期 别 为：、和，水 平 向 弯 矩 取 下 部 走 道 板 标 高 处 外侧 弯 矩 值。图 外墙竖向弯矩沿高度变化趋势 图 外墙水平弯矩与厚度相关趋势 图 扶壁根部剪力与外墙厚度相关趋势 图 走道板边缘拉力与外墙厚度相关趋势 数 据 分 析（）从 图可 以 看 出，与 同 厚 度 悬 臂模 型 相 比，设 置 短 扶 壁 后 外 墙 竖 向 弯 矩 的 分布 区 间 由 收 窄 到 （负 值 表 示 外 侧 受 拉，正 值 表 示 外 侧 受 压）。墙 厚 短 扶 壁 模 型 根 部弯 矩 减 至 减 幅，墙 厚 短扶 壁 模 型 减 至减 幅。走 道 板 处 竖 向 弯 矩 由悬 臂 模 型 的减 至 短 扶 壁 模 型 的减 幅，墙 厚 时 短 扶 壁 模 型 减 至 减 幅。从 图可 以 看 出，水 平 向 弯 矩 由 悬 臂 模 型 的分 别 变 成 短 扶 壁 模 型的，弯 矩 的 方 向 也 发 生 变 化。说 明 短扶 壁 与 走 道 板 组 成 的 水 平 支 承 体 系 可 以 给 外 墙 提供 可 靠 的 水 平 支 撑，使 外 墙 在 竖 向 由 悬 臂 结 构 变为 单 跨悬 臂 结 构；在 水 平 向，下 部 走 道 板 以 下区 域 由 以 端 墙 为 支 座 的 单 跨 结 构 变 成 以 端 墙 和 短扶 壁 为 支 座 的 多 跨 结 构。（）对 设 置 短 扶 壁 的 模 型 组，通 过 图和图可 以 看 出：外 墙 的 竖 向 弯 矩 由 墙 厚 的减 小 至 墙 厚 的，当外 墙 厚 度 小 于 时 下 部 跨 中 竖 向 弯 矩 现 出 内侧 受 拉；水 平 向 弯 矩 由 墙 厚 的 减 小 至 墙 厚 的，均 随 外 墙 厚 度的 减 小 而 减 小。这 是 因 为 外 墙 厚 度 越 小 其 自 身的 面 外 刚 度 越 小，在 水 平 向 支 承 刚 度 不 变 的 情况 下，分 担 的 水 平 力 就 越 小；下 部 走 道 板 以 上区 域 仍 为 悬 臂 结 构，水 平 支 承 体 系 对 它 的 影 响较 弱。（）从 图可 以 看 出，扶 壁 根 部 的 面 内 剪 力与 外 墙 厚 度 呈 线 性 相 关，外 墙 厚 度 越 大 扶 壁 对 其支 承 作 用 越 小，面 外 水 平 力 由 墙 体 自 身 承 担 的 就越 多，扶 壁 根 部 剪 力 越 小。（）从 图可 以 看 出，标 高 走 道 板边 缘 拉 力 由 悬 臂 模 型 的 减 小 至墙 厚 短 扶 壁 模 型 的。设 置 短 扶 壁后，走 道 板 边 缘 拉 力 由 墙 厚 的 增大 至 墙 厚 的；标 高 的 下步 走 道 板 边 缘 拉 力 由 墙 厚 的 增 加至 墙 厚 的。这 是 因 为 上 部 走 道 板短扶壁对干式矩形泵房外墙受力性能影响的研究肖 成 功柴 江吴 倩古 建 国周 东 升?在 水 平 向 只 有 两 端 的 端 墙 支 承，跨 度 大，下 步 走道 短 扶 壁 的 设 置 减 小 了 水 平 跨 度。结 语对 深 度 较 大 的 干 式 泵 房，在 下 部 走 道 以 下 设置 短 扶 壁 能 有 效 改 善 外 墙 受 力 边 界 条 件，显 著 减小 根 部 弯 矩，外 墙 厚 度 越 小 减 小 幅 度 越 大。对 框架 式 干 式 泵 房，短 扶 壁 一 般 可 在 上 部 框 架 柱 对 应的 位 置 设 置。当 走 道 板 宽 度 较 小、水 平 支 承 刚 度不 足 时 可 适 当 增 加 下 部 走 道 板 厚 度，或 者 走 道 板与 短 扶 壁 按 计 算 要 求 适 当 外 伸。参 考 文 献 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 版北 京：中 国 建 筑 工 业 出 版社，王 植 林大 埋 深 地 下 式 矩 形 泵 房 优 化 设 计 四 川 水 泥，（）：，（）：樊 锦 仁，马 尊 平，张 满 彪地 震 区 矩 形 混 凝 土 板 式 泵 房 抗震 设 计 的 探 讨 特 种 结 构，（）：，（）：给 水 排 水 工 程 钢 筋 混 凝 土 水 池 结 构 设 计 规程 北 京：中 国 建 筑 工 业 出 版 社，：，崔 龙 飞，徐 大 鹏大 型 全 地 下 式 取 水 泵 房 结 构 设 计 关 键 问题 分 析 特 种 结 构，（）：，（）：建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 北 京：中 国建 筑 工 业 出 版 社，：，