يتم إنشاء خزانات المياه الخرسانية المسلحة لتخزين المياه. يعتمد تصميم خزان المياه الخرساني المسلح على قواعد الممارسة للهياكل الخرسانية لتخزين السوائل، ويعتمد التصميم على موقع الخزانات، أيّ الخزانات العلوية أو الأرضية أو الجوفية. هذه المقالة هي تطبيق لأسلوب التحسين على التصميم الإنشائي لخزانات المياه المستطيلة والدائرية الخرسانية، مع الأخذ في الاعتبار التكلفة الإجمالية للخزان كوظيفة موضوعية مع خصائص الخزان التي تتمثل في سعة الخزان وعرضه وطوله في المستطيل، عُمق الماء بشكل دائري، وزن الوحدة للماء وسماكة لوح أرضية الخزان، كمتغيرات التصميم.
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 (الخزانات المرتفعة) مرتفعة من السطح عبر العمود. من 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.
المنظر الجمالي للمحيط وتصميم البناء يتحكم في شكل الخزانات العلوية. بناءً 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.
بناءً على موقع خزان المياه | بناء على شكل خزان المياه |
خزانات تحت الأرض | خزان مستطيل |
خزان يستريح على الأرض | خزان دائري |
خزانات علوية | خزان كروي |
خزانات علوية | خزان دائري ذو قاع مخروطي |
يجب أن يعتمد تصميم خزان المياه الخرساني المسلح على مقاومة كافية للتشقق لتجنب التسرب والقوة الكافية. لتحقيق هذه الافتراضات التالية:
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):
درجة قوة كسر الخرسانة | الشد المباشر (نيوتن / مم 2) | الشد بسبب الانحناء (نيوتن / مم 2) |
M15 | 1.1 | 1.5 |
M20 | 1.2 | 1.7 |
M25 | 1.3 | 1.8 |
M30 | 1.5 | 2.0 |
M35 | 1.6 | 2.2 |
M40 | 1.7 | 2.4 |
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.
درجة قوة كسر الخرسانة |
الضغط المسموح به في الضغط المباشر (نيوتن / مم2) |
الضغط المسموح به في ضغط الانحناء (نيوتن / مم2) |
الإجهاد المتوسط المسموح به في السندات للقضبان العادية في الشد (نيوتن / مم2) |
M25 | 6 | 8.5 | 0.9 |
M30 | 8 | 10 | 1 |
M35 | 9 | 11.5 | 1.1 |
M40 | 10 | 13 | 1.2 |
M45 | 11 | 14.5 | 1.3 |
M50 | 12 | 16 | 1.4 |
يجب عدم السماح للضغط في الفولاذ بتجاوز القيم التالية في المواضع المختلفة لمنع تشقق الخرسانة.
لا يلزم إجراء حساب منفصل للضغط بسبب اختلاف الرطوبة ودرجة الحرارة في الخرسانة بشرط استيفاء الشروط التالية:
ومع ذلك ، يجب إجراء حساب منفصل لتغير الرطوبة ودرجة الحرارة إذا:
يجب توفير مفاصل الحركة وفقًا للمعيار البريطاني المختص لهذا المجال.
يمكن استخدام الوصلات المنزلقة إذا:
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. يمكن 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 التسليح المطلوب للمقاطع ذات السماكة 199 مِم هو 0.3% مِن مساحة المقطع الخرساني والتي تقل خطيًا إلى 0.2% للأقسام بسُمك 450 مم. علاوة على ذلك، في حالة بلاطة أرضية لخزان يستقر على الأرض، يجب ألا يقل الحد الأدنى من التعزيز من الاعتبارات العملية عن 0.3% من إجمالي مساحة المقطع للبلاطة الأرضية. أخيرًا، إذا كان سُمك المقطع (الجدار أو الأرضية أو لوح السقف للخزان) يصل إلى 225 مم وما فوق طبقتين من حديد التسليح، يجب وضع طبقة واحدة بالقرب من كل قسم لتعويض الحد الأدنى من متطلبات التسليح.