专利名称：轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理系统中卵形池建造用的模板计算与排板方法，特别是一种利用计算机对卵形池施工中所选用的模板进行优化设计的方法。
背景技术：
污水处理系统中的沉淀池和消化池主要以圆柱体和卵形体(也称为蛋形体)为主，而蛋形消化池在工艺、力学、节能等方面具有很大的优势，其受力合理、容积大且占地面积小因此在污水处理系统中得到广泛应用。
由于池体的容积都很大，高度也很高，最大直径在20米以上，池体最大高度可达40米以上。在实际施工中，由于池体呈双曲面在任一高度处，曲率半径及弧面均不相同，建造过程中，是采用先将池体分成若干层，每一层支设与池体曲面相拟合的模板，在模板中浇筑混凝土来进行实际的施工。对于一般模板高度在1.5米高度时，相对于池体高度在40多米时，需要支设将近30层的高度。
每一层模板由多块模板组成，其中包括若干个矩形模板，梯形模板和梯形变形模板组成，通过将各不同数量的矩形模板、梯形模板和/或变形梯形模板的拼接组合成基本模板单元，构成与该层池体的实际曲面相拟合的模板组。每层高度因曲率半径及弧面均不相同，排板顺序及模板尺寸均不同。
如
图1所示，每层模板包括了多组基本模板单元1。在图2中放大显示了一个基本模板单元的示意图。该模板单元1包括一块矩形模板10，一块梯形模板20和一块变形梯形模板30。在本实施例中该基本模板单元同时包括梯形模板20和变形梯形模板30，但也可以根据实际曲线情况，只选用梯形模板20或变形梯形模板30。
该矩形模板10是标准模板，在施工完毕后，可以回收继续使用，但梯形模板20和变形梯形模板30则要根据池体的实际曲面参数进行专门设计制造，而一旦该池体施工完毕，则无法在其他不同的池体中利用。因此，从降低成本的角度考虑，在每层模板组中应当尽量多选用标准的矩形模板，而减少梯形模板和变形梯形模板的用量。
但是，因为是用平面模板来拟合池体的实际曲面，两者之间必然存在着误差，该误差主要由弦弧差dh来表示，该弦弧差等于该层中小口径处弦与弧之间的距离，如图1所示。如果梯形模板的数量过少，则模板组的曲面与池体的实际曲面之间的误差就会增大，即dh增大，造成施工质量的下降，甚至达不到施工质量验收要求。因此确定梯形模板尺寸时应统筹考虑、优化设计，实现通用。
目前对模板的计算与设计大多采用人工计算，而由于计算的工作量大，无法实现既降低成本，又能实现误差最小之间的优化，往往只能凭借经验进行设计或在施工现场实际拼装时，遇到需要变形梯形模板时，用锯木方来代替，浪费大量木材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双曲弧面卵形池体模板的计算与排板方法，能在保证施工精度的前提下，降低材料成本，也能节约大量人工。
为了实现上述目的，本发明提供了一种轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法，各层模板由多组模板单元拼接而成，各模板单元由一块矩形模板和/或梯形模板和/或变形梯形模板组成，该方法包括以下步骤a)根据池体设计计算出实际的池体曲线，并确定分层施工的层数和层高；b)然后根据层数和层高确定各层的小口半径和大口半径；c)输入允许的弦弧差；d)根据当前层数的小口半径和弦弧差计算出弦长，即矩形模板在小口处的宽度；e)根据小口半径r0、大口半径r1和当前层高H计算出当前层扇形的圆心角St；f)根据弦长XL和小口半径r0计算出小口处矩形模板所对应的水平切面弧长CL；g)根据小口半径r0计算出小口处的扇形内总弧长L；
h)根据总弧长L和小口处矩形模板对应的水平切面弧长CL计算出模板组数Ngroup；i)计算单元模板边长DL；j)计算单元模板增宽量Dwidth；k)根据模板增宽量Dwidth确定各种模板的数量和尺寸；l)重复上述b)-k)步骤计算出各层的模板参数。
上述的轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法，其中梯形模板短边宽为x，长边宽为2x；变形梯形模板短边宽为x；步骤k)中，若单元模板增宽量＜x，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形变形模板组成；若单元模板增宽量等于x，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形模板组成；若单元模板增宽量＞x，且＜2x，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形模板加一块变形梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小x；若单元模板增宽量等于2x，则单元模板由一块矩形模板加两块梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小x；若单元模板增宽量＞2x，且＜3x，则单元模板由一块矩形模板加两块梯形模板加一块变形梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小2x；若单元模板增宽量等于3x，则单元模板由一块矩形模板加三块梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小2x。
上述的轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法，其中x等于0.1m。
利用上述方法可以用计算机程序对各层的模板参数及排版方式进行计算，从而大大减少人工计算工作量，而且弦弧差更容易得到控制，从而达到优化设计的目的。
具体实施例方式
本发明是一种双曲弧面卵形池体的模板计算与排板方法，先根据池体设计计算出实际的池体曲线，并确定分层施工的层数和层高H；然后根据层数和层高确定各层的小口半径r0和大口半径r1；输入允许的弦弧差dh；根据当前层数的小口半径r0和弦弧差dh计算出弦长，即矩形模板在小口处的宽度XL；根据小口半径r0、大口半径r1和当前层高H计算出当前层扇形的圆心角St；根据弦长XL和小口半径r0计算出小口处矩形模板所对应的水平切面弧长CL；根据小口半径r0计算出小口处的扇形内总弧长L；根据总弧长L和小口处矩形模板对应的水平切面弧长CL计算出模板组数Ngroup；计算单元模板边长DL；计算单元模板增宽量Dwidth；根据模板增宽量Dwidth确定各种模板的数量和尺寸；然后重复上述过程计算出各层的模板参数。
图3显示了上述计算方法的流程图。
以下将具体对上述计算方法作说明。
如图1和图2所示的每层模板由多组模板单元1组成，各模板单元1包括一块矩形模板10和/或梯形模板20和/或变形梯形模板30。梯形模板20的短边21和变形梯形模板30的短边31宽度都为0.1m。梯形模板20的长边22宽度为0.2m。变形梯形模板的长边32宽度在0.1-0.2m之间由计算确定。
矩形模板10在小口径处的宽度即弦长XL由下式计算得出XL=2R1-(1-dhr0)2]]>上式中XL-弦长，代表本层模板支设处，矩形模板的宽度r0-模板的小口半径；dh-弦弧差，小口径处弦与弧之间的距离R-扇环内半径，等于小口半径如图4所示，扇环是指本层所有的模板在平面上排列形成的一个扇形环2，该扇环有一个圆心角St由下式计算得出St=r1-r0H×360]]>上式中St-扇环圆心角r1-模板大口处半径r0-模板小口处半径H-单层模板高度小口处矩形模板所对应的水平切面弧长CL由下式计算得出CL=2R·arcsinXL2r0]]>上式中R-扇环内半径，等于小口半径XL-弦长
r0-模板的小口半径；扇形内总弧长L由下式计算得出L＝2π·r0模板组数Ngroup由下式计算得出Ngroup=LCL+0.1]]>单元模板边长DL由下式计算得出DL＝XL+0.1单元模板增宽量DwidthDwidth=2H·tg(St·π360Ngroup)]]>上式中Dwidth-单元模板增宽量是指，单元模板的大边宽和小边宽之差。
然后根据单元模板组的实际增宽量确定单元模板的排版方式。若单元模板增宽量＜0.1m，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形变形模板组成；若单元模板增宽量等于0.1m，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形模板组成；若单元模板增宽量＞0.1m，且＜0.2m，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形模板加一块变形梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小0.1m；若单元模板增宽量等于0.2m，则单元模板由一块矩形模板加两块梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小0.1m；若单元模板增宽量＞0.2m，且＜0.3m，则单元模板由一块矩形模板加两块梯形模板加一块变形梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小0.2m；若单元模板增宽量等于0.3m，则单元模板由一块矩形模板加三块梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小0.2m。
实际施工时，每层支设内外两层模板，浇筑在两层模板之间进行，计算方法一样，只需根据内外层的实际半径数值计算即可。
以下列出具体的实施例，以便于更好地理解本发明计算方法的原理。
例1已知待支设模板处的底半径7.013m，顶半径7.891m，层高为1.5m，要求弦弧差需在0.01m以内。
弦长XL＝2×7.013×sqrt(1-(1-0.01/7.013)2)＝0.74m，四舍五入得0.7m。
圆心角St＝(7.891-7.013)/1.5×360＝210.72度水平切面弧长CL＝2×7.013×arcsin(0.7/2/7.013)＝0.70029m扇形内总弧长L＝2×3.1415926×7.013＝44.06398mm模板组数Ngroup＝44.06398/(0.7+0.1)＝55.080单元模板边长DL＝0.7+0.1＝0.8单元模板增宽量Dwidth＝2×1.5×(210.72×3.1515926/360/55.080)＝0.1002m，约等于0.1m。根据上述排版方法，需要一块梯形模板。
因此，本层模板单元组包括一块矩形模板和一块梯形模板，矩形模板宽0.7m，梯形模板增宽量0.1m。
例2已知待支设模板处的底半径8.891m，顶半径9.691m，层高为1.5m，要求弦弧差需在0.01m以内。
弦长XL＝2×8.891×sqrt(1-(1-0.01/8.891)2)＝0.84m，四舍五入得0.8m。
圆心角St＝(9.691-8.891)/1.5×360＝192度水平切面弧长CL＝2×8.891×arcsin(0.8/2/8.891)＝0.80027m扇形内总弧长L＝2×3.1415926×8.891＝55.86380mm模板组数Ngroup＝55.86380/(0.8+0.1)＝62.071单元模板边长DL＝0.8+0.1＝0.9单元模板增宽量Dwidth＝2×1.5×(192×3.1515926/360/62.071)＝0.081m。根据上述排版方法，需要一块变形梯形模板。
因此，本层模板单元组包括一块矩形模板和一块变形梯形模板，矩形模板宽0.8m，变形梯形模板增宽量0.081m。
例3已知待支设模板处的底半径5.038m，顶半径6.061m，层高为1.5m，要求弦弧差需在0.01m以内。
弦长XL＝2×5.038×sqrt(1-(1-0.01/5.038)2)＝0.64m，四舍五入得0.6m。
圆心角St＝(6.061-5.038)/1.5×360＝245.52度水平切面弧长CL＝2×5.038×arcsin(0.6/2/5.038)＝0.05958m扇形内总弧长L＝2×3.1415926×5.038＝31.65469mm模板组数Ngroup＝31.65469/(0.6+0.1)＝45.22单元模板边长DL＝0.6+0.1＝0.7单元模板增宽量Dwidth＝2×1.5×(245.52×3.1515926/360/45.22)＝0.142m。根据上述排版方法，需要一块梯形模板和一块变形梯形模板，同时将矩形模板宽度减少0.1m，为0.5m。
因此，本层模板单元组包括一块矩形模板，一块梯形模板和一块变形梯形模板，矩形模板宽0.5m，变形梯形模板增宽量0.042m。
例4已知待支设模板处的底半径2.798m，顶半径3.949m，层高为1.5m，要求弦弧差需在0.01m以内。
弦长XL＝2×2.798×sqrt(1-(1-0.01/2.798)2)＝0.47m，四舍五入得0.5m。
圆心角St＝(3.949-2.798)/1.5×360＝276.24度水平切面弧长CL＝2×2.798×arcsin(0.5/2/2.798)＝0.5007m扇形内总弧长L＝2×3.1415926×2.798＝17.58035mm模板组数Ngroup＝17.58035/(0.5+0.1)＝29.30单元模板边长DL＝0.5+0.1＝0.6单元模板增宽量Dwidth＝2×1.5×(276.24×3.1515926/360/29.30)＝0.247m。根据上述排版方法，需要两块梯形模板和一块变形梯形模板，同时将矩形模板宽度减少0.2m，为0.3m。
因此，本层模板单元组包括一块矩形模板，两块梯形模板和一块变形梯形模板，矩形模板宽0.3m，变形梯形模板增宽量0.047m。
上述各组模板单元所计算出的组数可能不为整数，即将整数组的模板排好后，还剩余一端间隙。该间隙在施工现场根据实际尺寸临时现作一块木板补上即可。因为每层只会存在一个间隙，因此仅需补一块木板，不会对整个排版工作造成困难。
以上说明和描述仅仅是为了本领域技术人员能更好地理解本发明而采用的实施方式，并不对本发明的保护范围构成限制。在不脱离权利要求所要求保护的范围的情况下，本发明可以进行任何的修正和改动。
权利要求
1.一种轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法，各层模板由多组模板单元拼接而成，各模板单元由一块矩形模板和/或梯形模板和/或变形梯形模板组成，其特征在于包括以下步骤a)根据池体设计计算出实际的池体曲线，并确定分层施工的层数和层高；b)然后根据层数和层高确定各层的小口半径和大口半径；c)输入允许的弦弧差；d)根据当前层数的小口半径和弦弧差计算出弦长，即矩形模板在小口处的宽度；e)根据小口半径、大口半径和当前层高计算出当前层扇形的圆心角；f)根据弦长和小口半径计算出小口处矩形模板所对应的水平切面弧长；g)根据小口半径计算出小口处的扇形内总弧长；h)根据总弧长和小口处矩形模板对应的水平切面弧长计算出模板组数；i)计算单元模板边长；j)计算单元模板增宽量；k)根据模板增宽量确定各种模板的数量和尺寸；l)重复上述b)-k)步骤计算出各层的模板参数。
2.如权利要求1所述的轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法，其特征在于梯形模板短边宽为x，长边宽为2x；变形梯形模板短边宽为x；步骤k)中，若单元模板增宽量＜x，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形变形模板组成；若单元模板增宽量等于x，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形模板组成；若单元模板增宽量＞x，且＜2x，则单元模板由一块矩形模板加一块梯形模板加一块变形梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小x；若单元模板增宽量等于2x，则单元模板由一块矩形模板加两块梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小x；若单元模板增宽量＞2x，且＜3x，则单元模板由一块矩形模板加两块梯形模板加一块变形梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小2x；若单元模板增宽量等于3x，则单元模板由一块矩形模板加三块梯形模板组成，同时将矩形模板的宽度减小2x。
3.如权利要求2所述的轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法，其特征在于x等于0.1m。
全文摘要
一种轴旋转圆弧曲面卵形池体结构的模板设计排板方法，包括以下步骤根据池体设计计算出实际的池体曲线，并确定分层施工的层数和层高；然后根据层数和层高确定各层的小口半径和大口半径；输入允许的弦弧差；根据当前层数的小口半径和弦弧差计算出弦长，即矩形模板在小口处的宽度；根据小口半径、大口半径和当前层高计算出当前层扇形的圆心角；根据弦长和小口半径计算出小口处矩形模板所对应的水平切面弧长；根据小口半径计算出小口处的扇形内总弧长；根据总弧长和小口处矩形模板对应的水平切面弧长计算出模板组数；计算单元模板边长；计算单元模板增宽量；根据模板增宽量确定各种模板的数量和尺寸；重复上述步骤计算出各层的模板参数。
文档编号E04H4/00GK101030232SQ200710037129
公开日2007年9月5日 申请日期2007年2月5日 优先权日2007年2月5日
发明者王玉岭, 肖绪文, 谢刚奎, 王桂玲, 韦永斌, 万成梅 申请人:中国建筑第八工程局