大型加工用馬鈴薯恒溫保鮮庫建筑結構設計分析

王金剛， 王紅霞， 任 鑫

(甘肅省輕紡工業(yè)設計院有限責任公司， 甘肅 蘭州 730000)

大型加工用馬鈴薯恒溫保鮮庫有半地下/地上式，集中送回風體系/分體式送回風體系，混凝土結構/鋼結構，單排式/對列式庫等多種類型[1]. 庫體大多為單層建筑，和一般的工業(yè)與民用建筑相比，建筑、結構設計有很多不同，需要設計人員在設計時重點對待.

1 建筑設計

現(xiàn)行的馬鈴薯恒溫保鮮庫共有兩種體系，一種為集中送回風體系，一種為分體式送回風體系. 兩種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，其建筑設計也有所不同. 與其它建筑設計相比，保溫與防火也是關鍵控制點.

1.1 集中送回風體系

集中送回風體系特點是兩側為庫體，中間集中送回風，送回風道端頭設空調機房，整個送回風道為一靜壓倉，以保證各通向庫體的風道風量均勻. 外側抗側力擋墻采用70°的鋼結構外掛成品保溫庫板，兩側山墻端仍為垂直的鋼結構外掛成品保溫庫板體系. 若為4個庫體對稱布置的恒溫庫，則在兩組庫體與兩組庫體中間設置寬為10 m的常溫走道.

此種體系最大的優(yōu)點為利用馬鈴薯堆放的自然休止角來構建抗側力體系，使庫體維護體系角度接近于馬鈴薯堆放的自然休止角，可有效減少用鋼量，節(jié)約投資，使用效果良好，并具有一定創(chuàng)新性, 建筑造型美觀. 但由于維護外墻為非垂直的70°，對于施工的要求較高，施工工期也相應增加.

由于采用了集中式送風系統(tǒng)，減小了進排風設備安裝帶來的冷橋及密閉不嚴的可能，對庫體的保溫及設備的安裝更為有利.

通風道采用的形式分為地下式通風道和地上式波紋風管兩種形式. 地下式通風道須在現(xiàn)澆混凝土地面上按設計開孔，對于施工的要求較高，混凝土地面的鋼筋用量也較大，施工工期也較長. 但此種體系對于風量及風速的控制較為有利. 地上式波紋風管由于國內制作工藝的限制，目前只能制作半圓形風管，此種體系節(jié)省了投資及工期，但對于風量及風速的控制較為不利.

1.2 分體式送回風體系

分體式送回風體系的特點為分體式送排風，即每個庫體都有其獨立的送回風道，外側抗側力擋墻與地面成90°角，采用鋼結構外墻或鋼筋混凝土抗側力外墻，庫體內部采用成品木板或混凝土墻內貼水泥聚苯板.

此種體系最大的優(yōu)點為每座庫體獨立送風，對于風量的控制及損耗較為有利，但每座庫體也就需要獨立的送回風系統(tǒng)，設備國產(chǎn)化能力不強，安裝要求較高，保溫密閉較為不利.

送風系統(tǒng)采用的風道分地上式和地下式兩種.

由于分體式采取的送回風方式不同，無法考慮抗側力外墻與馬鈴薯堆放的自然休止角相近的方案，故此種體系需較強的抗側力構件，對于造價的影響較大.

1.3 建筑保溫密閉

大量采用噴涂型聚氨酯[2-3]，庫體內所有外露鋼構件均噴涂5～15 mm聚氨酯，可以起到密閉、防潮，兼保溫的作用，并可有效地減少冷凝水的產(chǎn)生. 所有采用的保溫庫板均為成品，一是其具有較好的整體性能，二是其安裝時采用錯縫式搭接，具有較好的密閉及保溫性能. 所有地面均鋪設抗壓能力較強的擠塑聚苯板，以避免地面冷空氣滲透所帶來的影響，做成保溫地面. 所有設備管道及雨水排水管均做保溫處理，以避免產(chǎn)生冷凝水對使用不利.

保溫設計時需注意避免產(chǎn)生冷橋，保溫材料施工時應有密閉措施，施工完成后需進行保溫、密閉性能的檢測，保溫、密閉檢測達標后方可投入使用.

1.4 建筑防火

根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016—2006)要求，馬鈴薯恒溫庫火災類別應為丁類，按此類別進行防火分區(qū)設計，如采用鋼結構；常溫走道內保溫材料須采用玻璃絲棉等阻燃性能好且價位較低的保溫材料；防火分區(qū)間嚴格遵照防火墻的設計要求進行設計，由于采用大量保溫材料，因此所有保溫材料應采用阻燃型，并滿足相關燃燒性能指標的要求的材料. 施工時其保溫工程須在所有焊接工程完成后方可進行，施工現(xiàn)場嚴禁煙火，并對殘余保溫材料應予及時清理，嚴格杜絕火災隱患.

2 結構設計

結構設計主要有兩個關鍵點：一是墻壁 (支擋結構)的抗側壓力；二是地面的承壓設計.

2.1 墻壁(支擋結構)的抗側壓力

恒溫庫內的馬鈴薯是以散裝的方式儲存的. 根據(jù)掌握的國內外資料，馬鈴薯設計堆放高度為4.5 m，參考土力學朗肯土壓力理論，堆放高度越大，側壓力越大，側壓力從下到上呈降低局勢，即底部范圍最大，頂部理論為零，呈三角形分布. 對設計堆高為4.5 m的馬鈴薯側壓力，進行理論計算如下：

取靜止側壓力系數(shù)為K0=0.3(經(jīng)驗取值)，馬鈴薯重度γ=650 kg/m3，計算點深度z=4.5 m，根據(jù)計算公式，靜止側壓力強度p0=K0γz=0.3×650×4.5=877.5 kg/m2，靜止側壓力為P0=1/2p0h=0.5×877.5×4.5=1 974 kg/m，即每延米作用于墻壁的側壓力是1 974 kg，為側壓力設計取值.

根據(jù)上述計算分析，馬鈴薯作用于側壁的壓力是可觀的，特別在底部向上0.5 m處，這一點結構設計必須引起足夠重視.

散裝馬鈴薯作用于墻壁的壓力如表1.

表1 散裝馬鈴薯作用于墻壁的壓力

側壓力分布規(guī)律是上小下大，與堆放高度的平方成正比. 設計值是試驗值的1.3倍，即抗側壓力結構設計有30%的安全裕度.

這種側壁壓力根據(jù)庫體結構的不同，施加于不同的結構構件上. 若未設計單獨的支擋結構，則直接傳于垂直的外墻壁上；若設計了與房屋結構脫開的獨立的支擋結構，則側壓力就傳于支擋結構的立柱上，對立柱按照懸臂受彎構件進行設計.

值得一提的是，根據(jù)國外對馬鈴薯儲存的研究結果，散裝馬鈴薯堆放的自然休止角為70°，也就是說，堆放馬鈴薯的庫體墻壁與水平線的夾角為70°時，馬鈴薯對墻壁的側推力接近于零，這一點結論在實際工程中已得到有效應用.

采用馬鈴薯支擋結構與房屋結構獨立，是“活動的家具與固定的房子”的關系，是目前最為先進的支擋模式. 其優(yōu)點是傳力路線明確，施工安裝簡便，支擋結構可拆卸，具有明顯創(chuàng)新性和先進性. 不足之處是支擋結構內置，庫容相對減小.

采用較為傳統(tǒng)的垂直墻壁承受側壓力的方式，設計理念較前兩種顯得稍落后一些，庫側墻可設計為自上而下的鋼筋混凝土剪力墻作為支擋結構，也可設計為下部2.5 m鋼筋混凝土剪力墻，而上部為磚砌體墻作為支擋結構，由于側壓力是隨高度而減小的，因此后一種較為經(jīng)濟一些.

2.2 地面承壓設計

馬鈴薯儲存是直接堆放在地面上的，4.5 m高的馬鈴薯堆垛的垂直靜壓力理論值約為3 t/m2，6 m馬鈴薯堆垛的垂直靜壓力約為4 t/m2. 地面的抗壓設計應該足以承受運輸與儲藏設備進入庫間. 根據(jù)相關資料，對于卡車和裝卸設備，地面承受的負荷大約為6～8 t的軸負荷，如果叉車裝載著大箱子進入庫間的話，軸負荷將達到10～12 t. 所以結構設計時，在考慮地面地基處理方案時，一定要考慮該地面荷載. 當然在計算地下通風道蓋板和流送溝蓋板配筋時，也一定要考慮該地面荷載. 蓋板計算時，應該將12 t的軸負荷放在受力最不利位置進行計算，如簡支混凝土梁模型應將集中力置于跨中計算底部配筋. 這種承壓地面的設計是與其它結構設計明顯不同的.

2.3 結構形式

就庫體主體結構形式而言，目前成功應用的有鋼結構和混凝土結構兩種[4]. 鋼結構施工周期短，若用于圍護結構，造價較低，適合在季節(jié)性加工的工業(yè)建筑中應用、推廣，但鋼材防火性能相對較差，房屋耐久性較差. 混凝土結構施工周期長，但相對平直度好，防腐、防火、耐久性能好. 在馬鈴薯恒溫庫設計中注意充分利用發(fā)揮兩種結構材料的優(yōu)勢，鋼結構和混凝土結構并用，力爭達到理想的綜合設計效果.

半地下式庫具有抗側力結構投資較少的優(yōu)點，但入出庫損耗大，難以實現(xiàn)物料到車間的自由流送，物料輸送以傳送帶等為主，輸送費用高；地上式庫需設置抗側力結構以抵消馬鈴薯的側壓力，但馬鈴薯入出庫方便，機械損失小，運行費用低，在保溫處理方面差距有限，具體設計應該根據(jù)實際情況選擇.

3 結 論

現(xiàn)行馬鈴薯恒溫保鮮庫分集中送回風和分體式送回風兩種建筑體系. 集中送回風體系用鋼量小，節(jié)約投資，使用效果良好，建筑造型美觀. 但施工要求較高. 分體式送回風體系對于風量的控制及損耗較為有利，但設備國產(chǎn)化能力不強，安裝要求較高，保溫密閉較為不利.

結構設計主要關鍵點是墻壁(支擋結構)的抗側壓力和地面的承壓設計. 墻壁(支擋結構)的抗側壓力分布規(guī)律是上小下大. 這種側壁壓力根據(jù)庫體結構的不同，施加于不同的結構構件上. 采用馬鈴薯支擋結構與房屋結構獨立，傳力路線明確，施工安裝簡便，支擋結構可拆卸，但庫容相對減小. 采用垂直墻壁承受側壓力的方式比較傳統(tǒng).

地面承壓設計一般的負荷大約為6～8 t的軸負荷，最高軸負荷達到10～12 t，在考慮地面地基處理方案時，一定要考慮該地面荷載.

上述各類方案，在具體設計時，根據(jù)實際情況選擇不同方案.