متطلبات تصميم خزان المياه من الخرسانة المسلحة

تُستخدم خزانات المياه الخرسانية المسلحة لتخزين المياه، ويعتمد تصميمها على معايير ممارسة الهياكل الخرسانية المخصصة لتخزين السوائل. يتم تحديد تصميم خزان المياه بناءً على موقعه، سواء كان علوياً أو أرضياً أو جوفياً. تركز هذه المقالة على تطبيق أسلوب التحسين في التصميم الإنشائي لخزانات المياه المستطيلة والدائرية الخرسانية، مع مراعاة التكلفة الإجمالية للخزان كوظيفة موضوعية. تشمل خصائص الخزان التي نأخذها في الاعتبار سعة الخزان، عرضه وطوله في حالة المستطيل، وعمق الماء في حالة الدائري، بالإضافة إلى وزن الوحدة من الماء وسماكة لوح أرضية الخزان كمتغيرات تصميم.

متطلبات تصميم خزان المياه من الخرسانة المسلحة

أظهرت النتائج أن سعة الخزان استهلكت أقل تكلفة إجمالية للخزان المستطيل وأخذت للخزان الدائري. تأخذ سماكة لوح أرضية الخزان الحد الأدنى من التكلفة الإجمالية لنوعين من الخزانات، بحيث يأخذ وزن وحدة الماء في الخزان الحد الأدنى من التكلفة الإجمالية للخزان الدائري ويتم إنزاله للخزان المستطيل. كما يمكن صنع الخزانات بأشكال مختلفة وعادة ما تستخدم الأشكال الدائرية والمستطيلة في الغالب. ويمكن أن تكون الخزانات مصنوعة من الخرسانة المسلحة أو حتى من الحديد والفولاذ المقوى.

عادةً ما تكون الخزانات العلوية مرتفعة من السطح عبر العمود، ومن ناحية أخرى، يتم وضع الخزانات تحت الأرض على الأساس. في هذه المقالة، سيتم مناقشة متطلبات تصميم خزانات المياه الخرسانية المسلحة. تستخدم خزانات المياه العلوية الخرسانية المسلحة على نطاق واسع لتوفير مياه الشرب الآمنة. كما تعتمد معظم أنظمة إمدادات المياه في البلدان النامية، مثل الهند، حيث يتزايد التحضر يومًا بعد يوم على صهاريج التخزين العلوية، وبالتالي هناك حاجة لبناء عدد أكبر من خزانات المياه.

أنواع خزانات المياه من الخرسانة المسلحة

المنظر الجمالي للمحيط وتصميم البناء يتحكم في شكل الخزانات العلوية، وبناءً على موقع خزان المياه وأشكالها، يتم تصنيفها كما هو موضح في الجدول 1:

الجدول 1: أنواع خزانات المياه من الخرسانة المسلحة بناءً على موقعها وأشكالها.

أساس تصميم خزان المياه الخرساني

يجب أن يعتمد تصميم خزان المياه الخرساني المسلح على مقاومة كافية للتشقق لتجنب التسرب والقوة الكافية. لتحقيق هذه الافتراضات التالية:

• يبقى القسم العادي قبل الانحناء وساده بعد الانحناء.

• كل من الخرسانة والصلب مرنان تمامًا، وقيمة النسبة المعيارية لها قيمة معطاة في قواعد الممارسة للخرسانة السادة والمدعومة.

• عند حساب الضغوط، سواء كانت شدًا أو انحناءً، أو عند الجمع بينهما فيما يتعلق بمقاومة التكسير، يمكن اعتبار القسم الكامل من الخرسانة، بما في ذلك الغطاء مع التعزيز، بشرط أن يُقتصر ذلك على إجهاد الشد في الخرسانة.

• إهمال مقاومة الشد للخرسانة أثناء حساب القوة.

الضغط المسموح به على خرسانة خزان المياه الخرساني

1- الضغط المسموح به لمقاومة التشقق

يجب أن تكون خرسانة خزان المياه خالية من التسرب، يمكن تحقيق ذلك عن طريق اختيار الخرسانة بدرجة قوة كسر M 20 وما فوقها، كما أن الخرسانة بالقرب من السطح المائي تحتاج إلى عدم حدوث أي صدع. لذلك، لجعل الخرسانة خالية من الشقوق عند السطح المائي، يجب تصميم سماكة جدار خزان المياه بحيث يكون الضغط على الخرسانة أقل من القيم الواردة في الجدول 2. في الأعضاء أقل من 225 مم السميكة وتتلامس مع السائل على جانب واحد، تنطبق هذه الضغوط المسموح بها في الانحناء أيضًا على الوجه البعيد عن السائل.

الجدول 2: الضغوط المسموح بها في الخرسانة (للحسابات المتعلقة بمقاومة الخرسانة):

2- الضغط المسموح به لحساب القوة

في حساب القوة، يجب أن تكون ضغوط الخرسانة المسموح بها متوافقة مع القيم الواردة في الجدول 3.

الجدول 3: الضغوط المسموح بها في الخرسانة لحساب القوة.

الضغط المسموح به في الفولاذ لخزان المياه الخرساني

يجب عدم السماح للضغط في الفولاذ بتجاوز القيم التالية في المواضع المختلفة لمنع تشقق الخرسانة.

1. عند وضع الفولاذ بالقرب من وجه الأعضاء الملامسة للسائل 115 نيوتن لكل مم 2 لقضبان الحديد الطري و 150 نيوتن لكل مم 2 للقضبان المشوهة عالية القوة.
   
2. إذا تم وضع الحديد على الوجه بعيدًا عن السائل للأعضاء بسُمك 225 مم أو أكثر، فيجب أن يكون الضغط المسموح به في الفولاذ 125 نيوتن لكل مم 2 لقضبان الصلب الطري و 190 نيوتن لكل مم 2 للقضبان المشوهة عالية القوة.
   
3. عند وضع الفولاذ على الوجه بعيدًا عن السائل للأجزاء التي يقل سُمكها عن 225 مم كما في السابق.
   

الإجهاد الناتج عن تقلبات درجة الحرارة أو الرطوبة في خزانات المياه الخرسانية

لا يلزم إجراء حساب منفصل للضغط بسبب اختلاف الرطوبة ودرجة الحرارة في الخرسانة بشرط استيفاء الشروط التالية:

1. التعزيز المقدم لا يقل عن الحد الأدنى من التعزيز الموضح في الأقسام أدناه.
   
2. يتم تنفيذ التوصيات المتعلقة بأحكام فواصل الحركة وطبقة منزلقة مناسبة أسفل خزان المياه بشكل صحيح.
   
3. يتم استخدام الخزان لتخزين الماء أو السوائل المائية عند درجة الحرارة المحيطة أو بالقرب منها.
   
4. يجب ألا تجف الخرسانة أبدًا.
   
5. يتم اتخاذ الإجراءات المناسبة لمنع تشقق الخرسانة خلال فترة البناء وحتى تشغيل الخزان.
   

ومع ذلك ، يجب إجراء حساب منفصل لتغير الرطوبة ودرجة الحرارة إذا:

1. معامل الانكماش المفترض هو، بطانة قابلة للاختراق تستخدم لخزان المياه. في هذه الحالة، يجب مراعاة الجفاف المحتمل للخزان.
   
2. يجب استخدام محتوى أسمنتي يتراوح من 330 كجم لكل م 3 إلى 550 كجم لكل م 3 لتقليل الانكماش إلى أدنى حد ممكن.
   

أرضيات خزان المياه من الخرسانة المسلحة

1- مفاصل الحركة لأرضيات خزان المياه من الخرسانة المسلحة: يجب توفير مفاصل الحركة وفقًا للمعيار البريطاني المختص لهذا المجال.

2- أرضية خزان المياه الخرساني الذي يستقر على الأرض:

1. وضع طبقة من الخرسانة الخالية من الدهن على سطح الأرض بسُمك لا يقل عن 75 مم.
   
2. بشكل عام، استخدام خرسانة ذات قوة كسر M15 للخرسانة الخالية من الدهون.
   
3. استخدام خرسانة ذات قوة كسر M20 للخرسانة الخالية من الدهن في وجود تربة عدوانية أو مياه ضارة.
   
4. يجب الوضع في الاعتبار مقاومة الكبريتات إذا لزم الأمر.
   
5. يتم تركيب طبقة من البولي إيثيلين بين الخرسانة الخالية من الدهون والأرضية.
   
6. صب الأرض في طبقة واحدة.
   

2- أرضية الخزانات الخرسانية التي تستند إلى الدعم:

• يجب أن تكون مصممة لحظات الانحناء بسبب الحِمل الميت وحمل المياه.
  
• يجب إيلاء اهتمام خاص أثناء تصميم أرضية خزان المياه متعدد الخلايا.
  
• أخيرًا، عندما يتم توصيل الجدران والأرضية بشكل صارم، يجب مراعاة اللحظة عند التقاطع مع الأحمال المنقولة الأخرى في تصميم الأرضية.
  

جدران خزانات المياه الخرسانية

1- توفير المفاصل لجدران خزانات المياه الخرسانية، حيث يمكن استخدام الوصلات المنزلقة إذا:

1. من المرغوب فيه السماح للجدران بالتمدد أو الانكماش بشكل منفصل عن الأرضية.
   
2. لمنع اللحظات عند قاعدة الجدار بسبب الثبات على الأرض.
   

2- الضغط على جدار خزان المياه الخرساني:

1. يضاف ضغط الغاز، الذي ينشأ بسبب وجود غطاء خزان ثابت أو عائم، إلى ضغط السائل.
   
2. عندما يتم بناء خزان المياه على الأرض، يجب حساب ضغط الأرض في تصميم الجدار.
   

سقف خزان المياه الخرساني المسلح

لتجنب إمكانية التشقق الودي، من المهم التأكد من أن مفاصل الحركة في السقف تتوافق مع تلك الموجودة في الجدران، إذا كان السقف والجدران متجانسة. ومع ذلك، يتم توفير ذلك عن طريق مفصل انزلاقي للحركة بين السقف والجدار، ولا تُعد مراسلات المفاصل مهمة جدًا.

علاوة على ذلك في حالة الخزانات المخصصة لتخزين المياه للأغراض المنزلية، يجب أن يكون السطح مانع لتسرب المياه، ويمكن تحقيق ذلك عن طريق الحد من الضغوط كما هو الحال بالنسبة لبقية الخزان، أو عن طريق استخدام غطاء من الغشاء المقاوم للماء أو عن طريق توفير منحدرات لضمان الصرف المناسب.

الحد الأدنى من التعزيز لخزان المياه الخرساني المسلح

إن الحد الأدنى من التسليح المطلوب للمقاطع ذات السماكة 199 مم هو 0.3% من مساحة المقطع الخرساني، ويقل تدريجيًا إلى 0.2% للمقاطع بسُمك 450 مم. بالإضافة إلى ذلك، في حالة بلاطة أرضية لخزان مستقر على الأرض، يجب أن لا يقل الحد الأدنى من التعزيز، لأسباب عملية، عن 0.3% من إجمالي مساحة مقطع البلاطة الأرضية.

وأخيرًا، إذا كان سُمك المقطع (الجدار أو الأرضية أو لوح السقف للخزان) 225 مم أو أكثر، فيجب استخدام طبقتين من حديد التسليح، مع وضع طبقة واحدة بالقرب من كل قسم لتعويض الحد الأدنى من متطلبات التسليح.