專利名稱：軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理系統(tǒng)中卵形池建造用的模板計(jì)算與排板方法，特別是一種利用計(jì)算機(jī)對(duì)卵形池施工中所選用的模板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。
背景技術(shù)：
污水處理系統(tǒng)中的沉淀池和消化池主要以圓柱體和卵形體(也稱為蛋形體)為主，而蛋形消化池在工藝、力學(xué)、節(jié)能等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，其受力合理、容積大且占地面積小因此在污水處理系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
由于池體的容積都很大，高度也很高，最大直徑在20米以上，池體最大高度可達(dá)40米以上。在實(shí)際施工中，由于池體呈雙曲面在任一高度處，曲率半徑及弧面均不相同，建造過(guò)程中，是采用先將池體分成若干層，每一層支設(shè)與池體曲面相擬合的模板，在模板中澆筑混凝土來(lái)進(jìn)行實(shí)際的施工。對(duì)于一般模板高度在1.5米高度時(shí)，相對(duì)于池體高度在40多米時(shí)，需要支設(shè)將近30層的高度。
每一層模板由多塊模板組成，其中包括若干個(gè)矩形模板，梯形模板和梯形變形模板組成，通過(guò)將各不同數(shù)量的矩形模板、梯形模板和/或變形梯形模板的拼接組合成基本模板單元，構(gòu)成與該層池體的實(shí)際曲面相擬合的模板組。每層高度因曲率半徑及弧面均不相同，排板順序及模板尺寸均不同。
如

圖1所示，每層模板包括了多組基本模板單元1。在圖2中放大顯示了一個(gè)基本模板單元的示意圖。該模板單元1包括一塊矩形模板10，一塊梯形模板20和一塊變形梯形模板30。在本實(shí)施例中該基本模板單元同時(shí)包括梯形模板20和變形梯形模板30，但也可以根據(jù)實(shí)際曲線情況，只選用梯形模板20或變形梯形模板30。
該矩形模板10是標(biāo)準(zhǔn)模板，在施工完畢后，可以回收繼續(xù)使用，但梯形模板20和變形梯形模板30則要根據(jù)池體的實(shí)際曲面參數(shù)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)制造，而一旦該池體施工完畢，則無(wú)法在其他不同的池體中利用。因此，從降低成本的角度考慮，在每層模板組中應(yīng)當(dāng)盡量多選用標(biāo)準(zhǔn)的矩形模板，而減少梯形模板和變形梯形模板的用量。
但是，因?yàn)槭怯闷矫婺０鍋?lái)擬合池體的實(shí)際曲面，兩者之間必然存在著誤差，該誤差主要由弦弧差dh來(lái)表示，該弦弧差等于該層中小口徑處弦與弧之間的距離，如圖1所示。如果梯形模板的數(shù)量過(guò)少，則模板組的曲面與池體的實(shí)際曲面之間的誤差就會(huì)增大，即dh增大，造成施工質(zhì)量的下降，甚至達(dá)不到施工質(zhì)量驗(yàn)收要求。因此確定梯形模板尺寸時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮、優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通用。
目前對(duì)模板的計(jì)算與設(shè)計(jì)大多采用人工計(jì)算，而由于計(jì)算的工作量大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)既降低成本，又能實(shí)現(xiàn)誤差最小之間的優(yōu)化，往往只能憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)或在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拼裝時(shí)，遇到需要變形梯形模板時(shí)，用鋸木方來(lái)代替，浪費(fèi)大量木材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙曲弧面卵形池體模板的計(jì)算與排板方法，能在保證施工精度的前提下，降低材料成本，也能節(jié)約大量人工。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法，各層模板由多組模板單元拼接而成，各模板單元由一塊矩形模板和/或梯形模板和/或變形梯形模板組成，該方法包括以下步驟a)根據(jù)池體設(shè)計(jì)計(jì)算出實(shí)際的池體曲線，并確定分層施工的層數(shù)和層高；b)然后根據(jù)層數(shù)和層高確定各層的小口半徑和大口半徑；c)輸入允許的弦弧差；d)根據(jù)當(dāng)前層數(shù)的小口半徑和弦弧差計(jì)算出弦長(zhǎng)，即矩形模板在小口處的寬度；e)根據(jù)小口半徑r0、大口半徑r1和當(dāng)前層高H計(jì)算出當(dāng)前層扇形的圓心角St；f)根據(jù)弦長(zhǎng)XL和小口半徑r0計(jì)算出小口處矩形模板所對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)CL；g)根據(jù)小口半徑r0計(jì)算出小口處的扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)L；
h)根據(jù)總弧長(zhǎng)L和小口處矩形模板對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)CL計(jì)算出模板組數(shù)Ngroup；i)計(jì)算單元模板邊長(zhǎng)DL；j)計(jì)算單元模板增寬量Dwidth；k)根據(jù)模板增寬量Dwidth確定各種模板的數(shù)量和尺寸；l)重復(fù)上述b)-k)步驟計(jì)算出各層的模板參數(shù)。
上述的軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法，其中梯形模板短邊寬為x，長(zhǎng)邊寬為2x；變形梯形模板短邊寬為x；步驟k)中，若單元模板增寬量＜x，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形變形模板組成；若單元模板增寬量等于x，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形模板組成；若單元模板增寬量＞x，且＜2x，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形模板加一塊變形梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小x；若單元模板增寬量等于2x，則單元模板由一塊矩形模板加兩塊梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小x；若單元模板增寬量＞2x，且＜3x，則單元模板由一塊矩形模板加兩塊梯形模板加一塊變形梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小2x；若單元模板增寬量等于3x，則單元模板由一塊矩形模板加三塊梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小2x。
上述的軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法，其中x等于0.1m。
利用上述方法可以用計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω鲗拥哪０鍏?shù)及排版方式進(jìn)行計(jì)算，從而大大減少人工計(jì)算工作量，而且弦弧差更容易得到控制，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種雙曲弧面卵形池體的模板計(jì)算與排板方法，先根據(jù)池體設(shè)計(jì)計(jì)算出實(shí)際的池體曲線，并確定分層施工的層數(shù)和層高H；然后根據(jù)層數(shù)和層高確定各層的小口半徑r0和大口半徑r1；輸入允許的弦弧差dh；根據(jù)當(dāng)前層數(shù)的小口半徑r0和弦弧差dh計(jì)算出弦長(zhǎng)，即矩形模板在小口處的寬度XL；根據(jù)小口半徑r0、大口半徑r1和當(dāng)前層高H計(jì)算出當(dāng)前層扇形的圓心角St；根據(jù)弦長(zhǎng)XL和小口半徑r0計(jì)算出小口處矩形模板所對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)CL；根據(jù)小口半徑r0計(jì)算出小口處的扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)L；根據(jù)總弧長(zhǎng)L和小口處矩形模板對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)CL計(jì)算出模板組數(shù)Ngroup；計(jì)算單元模板邊長(zhǎng)DL；計(jì)算單元模板增寬量Dwidth；根據(jù)模板增寬量Dwidth確定各種模板的數(shù)量和尺寸；然后重復(fù)上述過(guò)程計(jì)算出各層的模板參數(shù)。
圖3顯示了上述計(jì)算方法的流程圖。
以下將具體對(duì)上述計(jì)算方法作說(shuō)明。
如圖1和圖2所示的每層模板由多組模板單元1組成，各模板單元1包括一塊矩形模板10和/或梯形模板20和/或變形梯形模板30。梯形模板20的短邊21和變形梯形模板30的短邊31寬度都為0.1m。梯形模板20的長(zhǎng)邊22寬度為0.2m。變形梯形模板的長(zhǎng)邊32寬度在0.1-0.2m之間由計(jì)算確定。
矩形模板10在小口徑處的寬度即弦長(zhǎng)XL由下式計(jì)算得出XL=2R1-(1-dhr0)2]]>上式中XL-弦長(zhǎng)，代表本層模板支設(shè)處，矩形模板的寬度r0-模板的小口半徑；dh-弦弧差，小口徑處弦與弧之間的距離R-扇環(huán)內(nèi)半徑，等于小口半徑如圖4所示，扇環(huán)是指本層所有的模板在平面上排列形成的一個(gè)扇形環(huán)2，該扇環(huán)有一個(gè)圓心角St由下式計(jì)算得出St=r1-r0H×360]]>上式中St-扇環(huán)圓心角r1-模板大口處半徑r0-模板小口處半徑H-單層模板高度小口處矩形模板所對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)CL由下式計(jì)算得出CL=2R·arcsinXL2r0]]>上式中R-扇環(huán)內(nèi)半徑，等于小口半徑XL-弦長(zhǎng)
r0-模板的小口半徑；扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)L由下式計(jì)算得出L＝2π·r0模板組數(shù)Ngroup由下式計(jì)算得出Ngroup=LCL+0.1]]>單元模板邊長(zhǎng)DL由下式計(jì)算得出DL＝XL+0.1單元模板增寬量DwidthDwidth=2H·tg(St·π360Ngroup)]]>上式中Dwidth-單元模板增寬量是指，單元模板的大邊寬和小邊寬之差。
然后根據(jù)單元模板組的實(shí)際增寬量確定單元模板的排版方式。若單元模板增寬量＜0.1m，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形變形模板組成；若單元模板增寬量等于0.1m，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形模板組成；若單元模板增寬量＞0.1m，且＜0.2m，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形模板加一塊變形梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小0.1m；若單元模板增寬量等于0.2m，則單元模板由一塊矩形模板加兩塊梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小0.1m；若單元模板增寬量＞0.2m，且＜0.3m，則單元模板由一塊矩形模板加兩塊梯形模板加一塊變形梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小0.2m；若單元模板增寬量等于0.3m，則單元模板由一塊矩形模板加三塊梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小0.2m。
實(shí)際施工時(shí)，每層支設(shè)內(nèi)外兩層模板，澆筑在兩層模板之間進(jìn)行，計(jì)算方法一樣，只需根據(jù)內(nèi)外層的實(shí)際半徑數(shù)值計(jì)算即可。
以下列出具體的實(shí)施例，以便于更好地理解本發(fā)明計(jì)算方法的原理。
例1已知待支設(shè)模板處的底半徑7.013m，頂半徑7.891m，層高為1.5m，要求弦弧差需在0.01m以內(nèi)。
弦長(zhǎng)XL＝2×7.013×sqrt(1-(1-0.01/7.013)2)＝0.74m，四舍五入得0.7m。
圓心角St＝(7.891-7.013)/1.5×360＝210.72度水平切面弧長(zhǎng)CL＝2×7.013×arcsin(0.7/2/7.013)＝0.70029m扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)L＝2×3.1415926×7.013＝44.06398mm模板組數(shù)Ngroup＝44.06398/(0.7+0.1)＝55.080單元模板邊長(zhǎng)DL＝0.7+0.1＝0.8單元模板增寬量Dwidth＝2×1.5×(210.72×3.1515926/360/55.080)＝0.1002m，約等于0.1m。根據(jù)上述排版方法，需要一塊梯形模板。
因此，本層模板單元組包括一塊矩形模板和一塊梯形模板，矩形模板寬0.7m，梯形模板增寬量0.1m。
例2已知待支設(shè)模板處的底半徑8.891m，頂半徑9.691m，層高為1.5m，要求弦弧差需在0.01m以內(nèi)。
弦長(zhǎng)XL＝2×8.891×sqrt(1-(1-0.01/8.891)2)＝0.84m，四舍五入得0.8m。
圓心角St＝(9.691-8.891)/1.5×360＝192度水平切面弧長(zhǎng)CL＝2×8.891×arcsin(0.8/2/8.891)＝0.80027m扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)L＝2×3.1415926×8.891＝55.86380mm模板組數(shù)Ngroup＝55.86380/(0.8+0.1)＝62.071單元模板邊長(zhǎng)DL＝0.8+0.1＝0.9單元模板增寬量Dwidth＝2×1.5×(192×3.1515926/360/62.071)＝0.081m。根據(jù)上述排版方法，需要一塊變形梯形模板。
因此，本層模板單元組包括一塊矩形模板和一塊變形梯形模板，矩形模板寬0.8m，變形梯形模板增寬量0.081m。
例3已知待支設(shè)模板處的底半徑5.038m，頂半徑6.061m，層高為1.5m，要求弦弧差需在0.01m以內(nèi)。
弦長(zhǎng)XL＝2×5.038×sqrt(1-(1-0.01/5.038)2)＝0.64m，四舍五入得0.6m。
圓心角St＝(6.061-5.038)/1.5×360＝245.52度水平切面弧長(zhǎng)CL＝2×5.038×arcsin(0.6/2/5.038)＝0.05958m扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)L＝2×3.1415926×5.038＝31.65469mm模板組數(shù)Ngroup＝31.65469/(0.6+0.1)＝45.22單元模板邊長(zhǎng)DL＝0.6+0.1＝0.7單元模板增寬量Dwidth＝2×1.5×(245.52×3.1515926/360/45.22)＝0.142m。根據(jù)上述排版方法，需要一塊梯形模板和一塊變形梯形模板，同時(shí)將矩形模板寬度減少0.1m，為0.5m。
因此，本層模板單元組包括一塊矩形模板，一塊梯形模板和一塊變形梯形模板，矩形模板寬0.5m，變形梯形模板增寬量0.042m。
例4已知待支設(shè)模板處的底半徑2.798m，頂半徑3.949m，層高為1.5m，要求弦弧差需在0.01m以內(nèi)。
弦長(zhǎng)XL＝2×2.798×sqrt(1-(1-0.01/2.798)2)＝0.47m，四舍五入得0.5m。
圓心角St＝(3.949-2.798)/1.5×360＝276.24度水平切面弧長(zhǎng)CL＝2×2.798×arcsin(0.5/2/2.798)＝0.5007m扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)L＝2×3.1415926×2.798＝17.58035mm模板組數(shù)Ngroup＝17.58035/(0.5+0.1)＝29.30單元模板邊長(zhǎng)DL＝0.5+0.1＝0.6單元模板增寬量Dwidth＝2×1.5×(276.24×3.1515926/360/29.30)＝0.247m。根據(jù)上述排版方法，需要兩塊梯形模板和一塊變形梯形模板，同時(shí)將矩形模板寬度減少0.2m，為0.3m。
因此，本層模板單元組包括一塊矩形模板，兩塊梯形模板和一塊變形梯形模板，矩形模板寬0.3m，變形梯形模板增寬量0.047m。
上述各組模板單元所計(jì)算出的組數(shù)可能不為整數(shù)，即將整數(shù)組的模板排好后，還剩余一端間隙。該間隙在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際尺寸臨時(shí)現(xiàn)作一塊木板補(bǔ)上即可。因?yàn)槊繉又粫?huì)存在一個(gè)間隙，因此僅需補(bǔ)一塊木板，不會(huì)對(duì)整個(gè)排版工作造成困難。
以上說(shuō)明和描述僅僅是為了本領(lǐng)域技術(shù)人員能更好地理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。在不脫離權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍的情況下，本發(fā)明可以進(jìn)行任何的修正和改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法，各層模板由多組模板單元拼接而成，各模板單元由一塊矩形模板和/或梯形模板和/或變形梯形模板組成，其特征在于包括以下步驟a)根據(jù)池體設(shè)計(jì)計(jì)算出實(shí)際的池體曲線，并確定分層施工的層數(shù)和層高；b)然后根據(jù)層數(shù)和層高確定各層的小口半徑和大口半徑；c)輸入允許的弦弧差；d)根據(jù)當(dāng)前層數(shù)的小口半徑和弦弧差計(jì)算出弦長(zhǎng)，即矩形模板在小口處的寬度；e)根據(jù)小口半徑、大口半徑和當(dāng)前層高計(jì)算出當(dāng)前層扇形的圓心角；f)根據(jù)弦長(zhǎng)和小口半徑計(jì)算出小口處矩形模板所對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)；g)根據(jù)小口半徑計(jì)算出小口處的扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)；h)根據(jù)總弧長(zhǎng)和小口處矩形模板對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)計(jì)算出模板組數(shù)；i)計(jì)算單元模板邊長(zhǎng)；j)計(jì)算單元模板增寬量；k)根據(jù)模板增寬量確定各種模板的數(shù)量和尺寸；l)重復(fù)上述b)-k)步驟計(jì)算出各層的模板參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法，其特征在于梯形模板短邊寬為x，長(zhǎng)邊寬為2x；變形梯形模板短邊寬為x；步驟k)中，若單元模板增寬量＜x，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形變形模板組成；若單元模板增寬量等于x，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形模板組成；若單元模板增寬量＞x，且＜2x，則單元模板由一塊矩形模板加一塊梯形模板加一塊變形梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小x；若單元模板增寬量等于2x，則單元模板由一塊矩形模板加兩塊梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小x；若單元模板增寬量＞2x，且＜3x，則單元模板由一塊矩形模板加兩塊梯形模板加一塊變形梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小2x；若單元模板增寬量等于3x，則單元模板由一塊矩形模板加三塊梯形模板組成，同時(shí)將矩形模板的寬度減小2x。
3.如權(quán)利要求2所述的軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法，其特征在于x等于0.1m。
全文摘要
一種軸旋轉(zhuǎn)圓弧曲面卵形池體結(jié)構(gòu)的模板設(shè)計(jì)排板方法，包括以下步驟根據(jù)池體設(shè)計(jì)計(jì)算出實(shí)際的池體曲線，并確定分層施工的層數(shù)和層高；然后根據(jù)層數(shù)和層高確定各層的小口半徑和大口半徑；輸入允許的弦弧差；根據(jù)當(dāng)前層數(shù)的小口半徑和弦弧差計(jì)算出弦長(zhǎng)，即矩形模板在小口處的寬度；根據(jù)小口半徑、大口半徑和當(dāng)前層高計(jì)算出當(dāng)前層扇形的圓心角；根據(jù)弦長(zhǎng)和小口半徑計(jì)算出小口處矩形模板所對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)；根據(jù)小口半徑計(jì)算出小口處的扇形內(nèi)總弧長(zhǎng)；根據(jù)總弧長(zhǎng)和小口處矩形模板對(duì)應(yīng)的水平切面弧長(zhǎng)計(jì)算出模板組數(shù)；計(jì)算單元模板邊長(zhǎng)；計(jì)算單元模板增寬量；根據(jù)模板增寬量確定各種模板的數(shù)量和尺寸；重復(fù)上述步驟計(jì)算出各層的模板參數(shù)。
文檔編號(hào)E04H4/00GK101030232SQ200710037129
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者王玉嶺, 肖緒文, 謝剛奎, 王桂玲, 韋永斌, 萬(wàn)成梅 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑第八工程局