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特种结构水塔第1页/共65页第2页/共65页第3页/共65页 水塔用于建筑物(小区)的给水、调剂用水、维持必要的水压和安全用水的作用。 水塔由水箱、支架或支筒、基础和附属设施(进出水管、水位控制指标装置、爬梯、平台、壁雷装置和照明装置等)组成。 §5-1 水塔水箱的分类 常见的钢筋混凝土水塔水箱:平底式水箱、英兹式水箱、倒锥壳式水箱。第4页/共65页 一、平底式水箱 多用于水箱容量小于100m3,该水箱底板被支承在下环梁上,环外部底板悬臂。 正锥壳水箱顶盖,可根据在竖向荷载作用下,由于直径和荷载都较小,也可近似按无弯矩理论(薄膜理论)计算。 圆柱形水箱壁的内力计算方法与圆形水池池壁的内力计算方法相同。 其中箱壁的竖向弯矩可按边界条件为上端自由,下端固定的圆柱壳考虑。 箱壁的环向拉力可按边界条件为上端自由、下端铰支的圆柱壳考虑。第5页/共65页 平底式水箱的上环梁承受锥壳传下来的径向水平分力和数竖向力,因此上环梁可按轴心受拉构件计算。 平底式水箱的底板是一带悬臂(或不带悬臂)的圆板,板上作用有均匀水压力、圆板自重,周边作用有水箱壁传来的沿圆板周边的竖向线荷载。 圆形底板在上述荷载作用下的内力,可参见《建筑结构静力计算手册》中的公式计算。第6页/共65页 平底式水箱的下环梁,可按竖向荷载作用下的等跨连续曲梁计算内力,并应与风荷载引起的内力进行组合。 二、英兹式水箱 英兹式水箱由正锥壳顶、圆柱壳壁、倒锥形斜底、球面壳底、上环梁、中环梁和下环梁组成。 倒锥壳和球面壳在自重和池内水压力作用下可按无弯矩理论(薄膜理论)计算径向力和环向力;但在周边处应按周边固定计算边缘处的径向弯矩。 三、倒锥壳式水箱 倒锥壳式水箱由正锥壳顶、倒锥壳底、上环梁、中环梁和下环梁组成。第7页/共65页 倒锥壳式水箱在水位最小处直径较大,在水压力最大处直径最小。在直径最大处水压力较小。因此,倒锥壳式水箱所受环向拉力比较均匀。 §5-2 英兹式水箱的内力计算 大型的英兹式水箱可用电算进行整体分析。当水箱容量为500m3以下时,可将英兹式水箱分解为单个构件,用无弯矩理论计算内力,但在构件边缘处应考虑边缘弯矩。 一、英兹式水箱的一般构造要求 1、圆锥顶盖的倾角为180左右,顶盖厚度宜变截面,最小厚度为70mm左右,一般配筋率不小于0.2%且不小于Ф6@200的配筋量。第8页/共65页 2、倒锥斜底的倾角为450,壁厚一般为锥底上端直径的1/30~1/35,最小厚度为150mm。 3、混凝土强度等级不小于C25,钢筋可采用HPB235级和HRB335级。 4、环梁截面宽度不小于200mm,截面高度不小于350mm,环向钢筋配筋率不小于0.4%,且至少有4根Ф12的钢筋,箍筋不应小于Ф6@200 。 5、水箱可采用砖护壁和空气保温层或内填松散材料的保温层。关键是水管的保温防寒,常用矿渣棉毡或玻璃棉毡做保温层。 第9页/共65页 6、球壳底与下环梁交点的切线与水平线的夹角一般取45度,球壳底的最小厚度为100mm。 二、英兹式水箱各部分荷载传递圆锥壳第10页/共65页第11页/共65页第12页/共65页三、水箱个单元构件内力分析1.圆锥(或圆球)壳顶盖第13页/共65页(单位弧长的竖向力)(单位弧长的径向力)(单位弧长的水平力)第14页/共65页 圆锥壳顶的配筋设计,可按无弯矩理论(薄膜理论)计算壳体的最大径向压力(即Nr1)和最大环向压力(即H1r),径向和环向均可按轴心受压构件计算配筋。 工程实践表明,对于不大的英兹式水箱,经计算一般按照构造要求配筋,环向钢筋配筋率一般为0.4%~0.5%,辐射状的径向钢筋大多数为Ф8@200,径向钢筋放在外层。 圆锥壳顶的边缘因受到上环梁对壳体的嵌固作用,所以在锥壳边缘1/3锥长的部分需要配置上层构造钢筋。第15页/共65页 2.上环梁 上环梁承受的环向拉力为 上环梁应按轴心受拉构件计算截面配筋并进行抗裂度验算。 3.水箱箱壁 英兹式水塔水箱壁的厚度应根据水箱直径及深度确定,一般最小厚度不小于90mm。水箱箱壁的内力计算方法与有顶盖的圆形水池的池壁相同。第16页/共65页 4.中环梁 中环梁起着约束箱壁和倒锥壳底变形的作用,受力比较复杂,因此截面不宜过小,以使其有较大的刚度。 中环梁的受力有:水压力;竖壁传来的竖向荷载,考虑自重后为G3;倒锥壳底的反力Nr3。这些力使中环梁受拉第17页/共65页中环梁所受的环向拉力为 中环梁应按轴心受拉构件进行截面配筋设计,并进行抗裂度验算。第18页/共65页 5.倒锥壳底 英兹式水箱的倒锥壳底的斜边不太长,环向拉力沿斜边的变化不大,故可按中点的环向拉力进行配筋设计。第19页/共65页倒锥斜底中点的环向拉力为式中可以认为水压力方向向下为作用在倒锥斜底中点的水压力。第20页/共65页 锥底的最大径向
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