專利名稱：軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法
技術領域：
本發明涉及一種污水處理系統中卵形池建造用的模板計算與排板方法，特別是一種利用計算機對卵形池施工中所選用的模板進行優化設計的方法。
背景技術：
污水處理系統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、節能等方面具有很大的優勢，其受力合理、容積大且占地面積小因此在污水處理系統中得到廣泛應用。
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40米以上。在實際施工中，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，建造過程中，是采用先將池體分成若干層，每一層支設與池體曲面相擬合的模板，在模板中澆筑混凝土來進行實際的施工。對于一般模板高度在1.5米高度時，相對于池體高度在40多米時，需要支設將近30層的高度。
每一層模板由多塊模板組成，其中包括若干個矩形模板，梯形模板和梯形變形模板組成，通過將各不同數量的矩形模板、梯形模板和/或變形梯形模板的拼接組合成基本模板單元，構成與該層池體的實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。在本實施例中該基本模板單元同時包括梯形模板20和變形梯形模板30，但也可以根據實際曲線情況，只選用梯形模板20或變形梯形模板30。
該矩形模板10是標準模板，在施工完畢后，可以回收繼續使用，但梯形模板20和變形梯形模板30則要根據池體的實際曲面參數進行專門設計制造，而一旦該池體施工完畢，則無法在其他不同的池體中利用。因此，從降低成本的角度考慮，在每層模板組中應當盡量多選用標準的矩形模板，而減少梯形模板和變形梯形模板的用量。
但是，因為是用平面模板來擬合池體的實際曲面，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。如果梯形模板的數量過少，則模板組的曲面與池體的實際曲面之間的誤差就會增大，即dh增大，造成施工質量的下降，甚至達不到施工質量驗收要求。因此確定梯形模板尺寸時應統籌考慮、優化設計，實現通用。
目前對模板的計算與設計大多采用人工計算，而由于計算的工作量大，無法實現既降低成本，又能實現誤差最小之間的優化，往往只能憑借經驗進行設計或在施工現場實際拼裝時，遇到需要變形梯形模板時，用鋸木方來代替，浪費大量木材。

發明內容
本發明的目的在于提供一種雙曲弧面卵形池體模板的計算與排板方法，能在保證施工精度的前提下，降低材料成本，也能節約大量人工。
為了實現上述目的，本發明提供了一種軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法，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)根據池體設計計算出實際的池體曲線，并確定分層施工的層數和層高；b)然后根據層數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)根據當前層數的小口半徑和弦弧差計算出弦長，即矩形模板在小口處的寬度；e)根據小口半徑r0、大口半徑r1和當前層高H計算出當前層扇形的圓心角St；f)根據弦長XL和小口半徑r0計算出小口處矩形模板所對應的水平切面弧長CL；g)根據小口半徑r0計算出小口處的扇形內總弧長L；
h)根據總弧長L和小口處矩形模板對應的水平切面弧長CL計算出模板組數Ngroup；i)計算單元模板邊長DL；j)計算單元模板增寬量Dwidth；k)根據模板增寬量Dwidth確定各種模板的數量和尺寸；l)重復上述b)-k)步驟計算出各層的模板參數。
上述的軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法，其中梯形模板短邊寬為x，長邊寬為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，同時將矩形模板的寬度減小2x。
上述的軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法，其中x等于0.1m。
利用上述方法可以用計算機程序對各層的模板參數及排版方式進行計算，從而大大減少人工計算工作量，而且弦弧差更容易得到控制，從而達到優化設計的目的。
具體實施例方式
本發明是一種雙曲弧面卵形池體的模板計算與排板方法，先根據池體設計計算出實際的池體曲線，并確定分層施工的層數和層高H；然后根據層數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；根據當前層數的小口半徑r0和弦弧差dh計算出弦長，即矩形模板在小口處的寬度XL；根據小口半徑r0、大口半徑r1和當前層高H計算出當前層扇形的圓心角St；根據弦長XL和小口半徑r0計算出小口處矩形模板所對應的水平切面弧長CL；根據小口半徑r0計算出小口處的扇形內總弧長L；根據總弧長L和小口處矩形模板對應的水平切面弧長CL計算出模板組數Ngroup；計算單元模板邊長DL；計算單元模板增寬量Dwidth；根據模板增寬量Dwidth確定各種模板的數量和尺寸；然后重復上述過程計算出各層的模板參數。
圖3顯示了上述計算方法的流程圖。
以下將具體對上述計算方法作說明。
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的長邊22寬度為0.2m。變形梯形模板的長邊32寬度在0.1-0.2m之間由計算確定。
矩形模板10在小口徑處的寬度即弦長XL由下式計算得出XL=2R1-(1-dhr0)2]]>上式中XL-弦長，代表本層模板支設處，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-扇環內半徑，等于小口半徑如圖4所示，扇環是指本層所有的模板在平面上排列形成的一個扇形環2，該扇環有一個圓心角St由下式計算得出St=r1-r0H×360]]>上式中St-扇環圓心角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應的水平切面弧長CL由下式計算得出CL=2R·arcsinXL2r0]]>上式中R-扇環內半徑，等于小口半徑XL-弦長
r0-模板的小口半徑；扇形內總弧長L由下式計算得出L＝2π·r0模板組數Ngroup由下式計算得出Ngroup=LCL+0.1]]>單元模板邊長DL由下式計算得出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。
然后根據單元模板組的實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，同時將矩形模板的寬度減小0.2m。
實際施工時，每層支設內外兩層模板，澆筑在兩層模板之間進行，計算方法一樣，只需根據內外層的實際半徑數值計算即可。
以下列出具體的實施例，以便于更好地理解本發明計算方法的原理。
例1已知待支設模板處的底半徑7.013m，頂半徑7.891m，層高為1.5m，要求弦弧差需在0.01m以內。
弦長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CL＝2×7.013×arcsin(0.7/2/7.013)＝0.70029m扇形內總弧長L＝2×3.1415926×7.013＝44.06398mm模板組數Ngroup＝44.06398/(0.7+0.1)＝55.080單元模板邊長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。
弦長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CL＝2×8.891×arcsin(0.8/2/8.891)＝0.80027m扇形內總弧長L＝2×3.1415926×8.891＝55.86380mm模板組數Ngroup＝55.86380/(0.8+0.1)＝62.071單元模板邊長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。
弦長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CL＝2×5.038×arcsin(0.6/2/5.038)＝0.05958m扇形內總弧長L＝2×3.1415926×5.038＝31.65469mm模板組數Ngroup＝31.65469/(0.6+0.1)＝45.22單元模板邊長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。
弦長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CL＝2×2.798×arcsin(0.5/2/2.798)＝0.5007m扇形內總弧長L＝2×3.1415926×2.798＝17.58035mm模板組數Ngroup＝17.58035/(0.5+0.1)＝29.30單元模板邊長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算出的組數可能不為整數，即將整數組的模板排好后，還剩余一端間隙。該間隙在施工現場根據實際尺寸臨時現作一塊木板補上即可。因為每層只會存在一個間隙，因此僅需補一塊木板，不會對整個排版工作造成困難。
以上說明和描述僅僅是為了本領域技術人員能更好地理解本發明而采用的實施方式，并不對本發明的保護范圍構成限制。在不脫離權利要求所要求保護的范圍的情況下，本發明可以進行任何的修正和改動。
權利要求
1.一種軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法，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)根據池體設計計算出實際的池體曲線，并確定分層施工的層數和層高；b)然后根據層數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)根據當前層數的小口半徑和弦弧差計算出弦長，即矩形模板在小口處的寬度；e)根據小口半徑、大口半徑和當前層高計算出當前層扇形的圓心角；f)根據弦長和小口半徑計算出小口處矩形模板所對應的水平切面弧長；g)根據小口半徑計算出小口處的扇形內總弧長；h)根據總弧長和小口處矩形模板對應的水平切面弧長計算出模板組數；i)計算單元模板邊長；j)計算單元模板增寬量；k)根據模板增寬量確定各種模板的數量和尺寸；l)重復上述b)-k)步驟計算出各層的模板參數。
2.如權利要求1所述的軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法，其特征在于梯形模板短邊寬為x，長邊寬為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，同時將矩形模板的寬度減小2x。
3.如權利要求2所述的軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法，其特征在于x等于0.1m。
全文摘要
一種軸旋轉圓弧曲面卵形池體結構的模板設計排板方法，包括以下步驟根據池體設計計算出實際的池體曲線，并確定分層施工的層數和層高；然后根據層數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；根據當前層數的小口半徑和弦弧差計算出弦長，即矩形模板在小口處的寬度；根據小口半徑、大口半徑和當前層高計算出當前層扇形的圓心角；根據弦長和小口半徑計算出小口處矩形模板所對應的水平切面弧長；根據小口半徑計算出小口處的扇形內總弧長；根據總弧長和小口處矩形模板對應的水平切面弧長計算出模板組數；計算單元模板邊長；計算單元模板增寬量；根據模板增寬量確定各種模板的數量和尺寸；重復上述步驟計算出各層的模板參數。
文檔編號E04H4/00GK101030232SQ200710037129
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月5日 優先權日2007年2月5日
發明者王玉嶺, 肖緒文, 謝剛奎, 王桂玲, 韋永斌, 萬成梅 申請人:中國建筑第八工程局