ضوابط و معیارهای طراحی و محاسبه مخازن آب زمینی
طراحی ، ساخت و نگهداری مخازنی که برای ذخیره سازی آب مورد استفاده قرار می گیرند با توجه به رشد فزاینده ی جمعیت و توسعه ی شهر ها از اهمیت بسزایی بر خوردار است.
نگرش اجمالی به ضوابط و مقررات عمومی برای طراحی و اجرای مخازن بتن مسلح خواهیم داشت که برای ذخیره آب خام و تصفیه شده در دمای معمولی کاربرد دارند.
مقدمه
مخزن:به کلیه محل های طبیعی و مصنوعی جمع آوری و ذخیره آب مخزن اطلاق می شود.
مانند:محل ذخیره آب و پسآب،انواع استخر و…
دسته بندی
برحسب قرارگیری در ارتفاع
تعریف
برحسب شکل هندسی
از لحاظ پوشش
براساس نوع مصالح
1.سیستم سازه ایی سقف
2.سیستم سازه ای دیوار و کف
3.اتصال سقف به دیوار
4.سیستم سازه ای مقاوم در برابر نیرو زلزله
سیستم سازه ایی مخازن
دو سیستم یکپارچه و غیر یکپارچه
1.نسبت طول به
عرض دیوار
2.ارتفاع دیوار مخازن
مشخصات هندسی مخزن در پلان
طول دهانه ی انتهایی برای ایجاد توازن در لنگر های مثبت و منفی 4 متر و با همین استدلال طول دهانه های طره ای موجود در مجاورت درز های انبساط 2 متر منظور میشود.
مشخصات سازه ایی باتوجه به تجریبات و نقشه های اجرایی موجود فواصل ستون ها 4.5تا5.5متر در نظر گرفته می شود. برای فواصلی در این حدود ضخامت سقف 20تا25سانتی متر اجرا می شود.
4.مواد افزودنی:از کلرو کلسیم و یا مواد افزودنی که دارای یون کلر می باشند نباید استفاده شود .استفاده از سایر مواد افزودنی نیز منوط به اجازه از دستگاه نظارت است.
5.حداکثر میزان سیمان:با توجه به گرمای ابگیری زیاد بتن های پر سیمان که باعث افزایش انبساط بتن در هنگام گیرش و ایجاد ترک در هنگام سرد شدن میشود حداکثر مقدار سیمان در بتن مسلح سازه های نگهدارنده آب به400کیلوگرم برمترمکعب محدود می شود.
6.نسبت آب به سیمان:حداکثر0.45می باشد که برای شرایط محیطی خورنده نظیر نواحی ساحلی به0.4نیزمحدود می شود.
مشخصات مصالح مصرفی 1.سیمان:بسته شرایط فقط استفاده از سیمان تیپ 3 مجاز نمی باشد. 2.آب:دارای همان مشخصات آب مصرفی در بتن ساختمان های معمولی باشد.(آئین نامه بتن ایران) 3.سنگدانه:مصالح سنگی باید دارای جمع شدگی کم باشند و میزان جذب آب آن ها نبایداز 3%بیشتر باشد.
نظارت و آزمایشات
6.بتن مگر:اجرای یک لایه بتن با ضخامت حداقل7.5سانتیمتر روی زمین با عیار حداقل150کیلوگرم مترمکعب و در صورتی که خاک منطقه دارای نمک خورنده و مضر باشد از بتن با عیار200 و یا در صورت لزوم سیمان پرتلند ضد سولفات استفاده شود. 7.آرماتور:منطبق بر مشخصات آرماتورمصرفی در بتن مسلح معمولی،در مناطق زلزله خیز از آرماتورهای آجدار استفاده شود.
بارگذاری
روش های محاسبه بار های دینامیکی
روش تحلیل استاتیکی 1.نیروهای جانبی ناشی ازارتعاش آب در مخزن بتنی با جدار سخت
مقدار اضافه موجdmax
2.1.نیرو جانبی ناشی ازاجرام درآیین نامه ایران برای زمان تناوب های کوچکتر از.3ثانیه مقدارbبرابر با2 می باشد. مقدار لنگر برابر است با:
=Iضریب اهمیت طبق آئین نامه زلزله ایران برای مخازن و تاسیسات آبرسانی برابر با1.2می باشد.
=Rضریب رفتار برای مخازن زمینی3می باشد.
مخزن مکعب مستطیل:
توزیع فشار جانبی زلزله در مخازن پس از تعیین برآیند ومحل تاثیرنیروی جانبی ناشی از ارتعاش سازه و مایع درون آن،این نیروها باید به طریق مناسبی در ارتفاع دیوار توزیع شوند. طبق بررسی های تئوریک توزیع فشار جانبی هیدرودینامیک در ارتفاع دیوار سهمی می باشد لذا برای سهولت در تحلیل سازه،برحسب شکل هندسی مخزن،توزیع معادل ساده شده ای در نظر گرفته می شود:
به روش مقاومت نهایی
به روش تنش مجاز
ترکیب بارها در طراحی
برای تامین شرایط بهره برداری در یک سازه ی نگهدارنده ی آب عوامل زیر باید مد نظر قرار گیرند:
1.پوشش بتن روی میلگرد ها
حداقل ضخامت لایه ی پوششی بتن روی هرنوع میلگرد اعم از خاموت ،قلاب،فاصله نگهدارنده، میلگرد های اصلی ، میلگرد های حرارتی و غیره 40 میلی متر می باشد .
2.محدود کردن حداکثر عرض ترک
برای جلوگیری از نفوذ رطوبت و تامین شرایط پایایی لازم بر حسب شرایط محیطی حداکثر عرض ترک به علت نیرو های خارجی و یا اثار حرارتی طبق جدول زیر محدود می گردد.
طراحی
4.حداکثر فاصله ی میلگرد ها حداکثر فاصله ی محور به محور میلگرد ها در دال ها مینیمم
آرماتور مورد استفاده در مخازن ازنوع آجدار با مقاومت مشخصه300مگاپاسکال می باشد. 5.حداقل ضخامت
حداقل ضخامت برای دیوار بتن مسلح نگهدارنده آب
ضخامت به سانتی متر ارتفاع دیوار به متر
30 3 یا بزرگتر
25 2تا3
20 کوچکتر از 2
حداقل ضخامت برای اجزای فرعی داخلی 15 سانتی متر است
3.کنترل تغییر شکل تغییر شکل قسمت های مختلف سازه باید با استفاده از روش های موجود برای ساختمان های معمولی کنترل گردددر این مورد به ابا مراجعه گردد.
میلگردهای اصلی و خاموتهای به قطر بیشتر از16میلیمتر
خاموت ها
ضوابط خم میلگردها
طراحی به روش مقاومت نهایی
طراحی برای کنترل عرض ترک
طراحی در یک سازه ی نگهدارنده ی آب اجزای صفحه ای (دال یا دیوار) و یا پوسته ای قسمت های مهمی از سازه را تشکیل میدهند.این اجزا باید برای دو حالت زیر مورد طراحی قرار گیرند: 1-طراحی در مقابل نیرو های خارجی 2-طراحی در مقابل آثار حرارتی در صفحه ی دال یا دیوار
برای اثر توام داریم:
1)نیروی محوری کششی
A
بدست آمده بطور مساوی تقسیم می شود و در دو طرف مقطع قرار میگیرد. As
2)لنگر خمشی
روابط طراحی به روش مقاومت نهایی
4)اثر توام نیروی محوری فشاری و لنگر خمشی
همانند بتن مسلح معمولی
طول مهاری و وصله
با توجه به نوع میگرد و بتن مصرفی طبق آئین نامه ایران محاسبه می شوند که در مورد طول وصله مقدار محاسبه شده نباید کمتر از55برابر قطر میلگرد برای حرارتی ها و 40برابر برای میلگردهای محاسباتی باشد.
میلگردهای ساده در انتها باید دارای قلاب باشند.
3)اثر توام نیروی محوری کششی و لنگر خمشی از سطح مقطع فولاد بدست آمده در دو حالت اول استفاده می کنیم بدین تر تیب که سطح مقطع فولاد بدست آمده برای نیروی محوری کششی نصف شده و در یک طرف با فولاد خمشی جمع می شود و در طرف دیگر بصورت تنها قرار داده می شود.
در اثر تغییر درجه حرارت ، در صفحه دیوار یا سقف،تغییر طول های صفحه ای بوجود می آید که اگر در مقابل این تغییر طول ها آزادی حرکت وجود نداشته باشد تنش هایی در این صفحات بوجود می آید که می تواند باعث ایجاد ترک در بتن گردد.
میلگردهای حرارتی و جمع شدگی
برای کنترل عرض ترک های ناشی از تنش های صفحه ایی حرارتی که در اثر حرارت بتن تازه و فعل و انفعالات شیمیایی گیرش بتن یا تغییرات درجه حرارت فصلی بوجود می آیند از میلگردهای قایم و افقی(مخصوصا افقی) در دال دیوار و سقف استفاده می شود.
با توجه به اهمیت حالت حدی بهره برداری مخازن، نقش میلگردهای حرارتی در آنها از سازه های معمولی مهمتر می باشد.
طراحی در مقابل آثار حرارتی وجمع شدگی در صفحه دال یا دیوار
درزها
میلگردهای حرارتی
تعیین مقدار فولادهای حرارتی و جمع شدگی
درصد فولادهای حرارتی برحسب گزینه انتخابی برای یکپارچگی سازه ارائه می شود وتوصیه می شود برای تامین سطح مقطع موردنیاز فولاد،حدالامکان از میلگردهایی با قطر کم وفواصل نزدیک استفاده شود.
در هیچ حالتی نباید از کمتر باشد.
فاصله ترکها
درصورتیکه برای کنترل عرض ترکها،فولاد کافی قرار داده شود فاصله محتمل ترکها از رابطه زیر بدست می آید:
درصد فولاد بحرانی،درصد فولادیست که به ازای آن مقاومت کششی بتن 3روزه با تنش جاری شدن فولادی مساوی گردد
سطح موثر مقطع بتنی برای محاسبه فولاد حرارتی
1.دیوار
اگرضخامت دیوار کوچکتر یا مساوی 500میلیمتر باشد،تمام مقطع موثر درنظر گرفته می شود و فولادهای حرارتی در دو طرف مقطع بطور مساوی قرار داده می شوند.
اگر ضخامت دیوار بزرگتر از500میلیمتر باشد، از هرطرف دیوار ضخامتی مساوی 250میلیمتر به عنوان ضخامت موثر در نظرگرفته می شود در نتیجه فولاد هرطرف برای ضخامت250میلیمتر محاسبه شده ودر مقطع قرار داده می شود.
(Wعرض ترک(
اگر ضخامت کف کمتر یا مساوی200میلیمترباشد،فقط100میلیمتر فوقانی آن موثر در نظر گرفته می شود ودرقسمت تحتانی فولاد حرارتی منظورنمی گردد.
اگر ضخامت کف بین200تا400میلیمتر باشد،ضخامت موثر ناحیه فوقانی نصف ضخامت کل در نظر گرفته شده ودرقسمت تحتانی فولاد حرارتی منظور نمی گردد.
اگر ضخامت کف بین400تا 500میلیمترباشد،ضخامت موثر ناحیه فوقانی نصف ضخامت کل و ضخامت موثر ناحیه تحتانی،مساوی نصف ضخامت کل منهای150 در نظر گرفته می شود.
اگرضخامت کف بزرگتر از500میلیمتر باشد،ضخامت موثر ناحیه فوقانی 250میلیمتر و ضخامت موثر ناحیه تحتانی100میلیمتر در نظرگرفته می شود.
2.بتن کف
1.بستر زمین:مخزن باید بر روی زمینی همگن و ایده آل ساخته شود و از ساخت مخزن بر روی زمین های زیرتا حد ممکن اجتناب کنیم:
-زمین هایی با باربری کم و نشست زیاد
-در مجاورت و روی گسل
-زمین های که سطح آب زیرزمینی بالاست و تراز زیر کف مخزن پائین تر از آب زیرزمینی قرار میگیرد
-زمین های دارای خاک گچ دار
-زمین های با خاک دستی حتی اگر بصورت کامل کوبیده شده باشد
2.آماده کردن سطح زمین
اگر عملیات خاکبرداری با ماشین آلات صورت می گیرد باید در فاصله 20سانتی از تراز اصلی متوقف شود و ادامه عملیات تسطیح بصورت دستی انجام شود و ریختن بتن مگر باید با فاصله زمانی مناسب ریخته شود تا هوازدگی در بتن صورت نگیرد.
ساخت
3.زهکشی زیر مخزن
بتن ریزی روی سطح باید در محیط خشک انجام شود بنابراین اگر سطح آب زیرزمینی از سطح نهایی خاکبرداری بالاتراست باید با روش هایی آن را برطرف کرد.
نگه داری سیستم زهکش
برای نگه داری و مراقبت از شبکه ی زهکشی طی دوره ی بهره برداری در مقابل رسوب املاح و گل ولای و سایر گرفتگی های احتمالی استفاده از جت برای شست و شوی مواد ته نشین شده در لوله ها پیش بینی میشود.
آبهای زیر زمینی و فشار بر کنش:
وقتی کف مخزن پایین تر از سطح اب زیر زمینی قرار میگیرد 2 مساله ی زیر در طراحی مورد توجه قرار می گیرد:
ورود آبهای زیر زمینی از طریق درز ها به مخزن که در صورت آلوده بودن میتوانند بهداشت مخزن را مورد تهدید قرار دهد.
فشار برکنش ناشی از آبهای زیر زمینی که می تواند تعادل استاتیکی مخزن را به مخاطره بیاندازد.
هر چند وجود سیستم زهکش مناسب می تواند هر دو خطر فوق را از بین ببرد لیکن باید به این موضوع توجه داشت که عملکرد سیستم زهکش ممکن است در مواردی مختل گردد. بنا براین اثرات آب زیر زمینی در صورت وجود باید در طراحی مورد توجه باشد .برای از بین بردن مشکل اول باید مخزن را حتی الامکان نفوذ ناپذیر ساخت و برای رفع مشکل دوم وزن مرده ی سازه بخصوص کف را افزایش داد بطوری که ضریب اطمینان در مقابل زیر فشار به حدود 1.5برسد.
نشریه 123سازمان برنامه و بودجه
آیین نامه طرح لرزه ای وزارت نفت ویرایش دوم
طراحی بهینه مخازن اب بتنی زمینی –دکتر محسن معلمی صنعتی شریف
آیین نامه آبا
آئین نامه ایمنی مخازن آب
نشریه124مشخصات عمومی مخازن آب زیرزمینی
مراجع
پایان
پذیرش پروژه و فایل های درخواستی
(در کمترین زمان با قیمت مناسب)
Omid.mahmudi90@gmail.com
با تشکر از حسن انتخاب شما