青貯氨化池墻體設(shè)計(jì)受力分析

周永亮，王學(xué)君，李 偉，袁 磊，徐澤君

（河南畜牧規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，鄭州 450008）

青貯氨化池墻體設(shè)計(jì)受力分析

周永亮，王學(xué)君，李 偉，袁 磊，徐澤君

（河南畜牧規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，鄭州 450008）

青貯氨化池是發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)的必備且投資較大的工程。文章在分析青貯氨化池墻體受力的基礎(chǔ)上,提出青貯氨化池墻體設(shè)計(jì)的要點(diǎn),為青貯氨化池墻體建設(shè)提供了一種經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。

青貯氨化池；墻體；受力分析

青貯氨化池在人們看來(lái)不過(guò)是一種簡(jiǎn)單的建筑形式，往往得不到重視，目前，大多青貯氨化池都存在選址不合理、池內(nèi)積水、使用后期墻體變形等諸多問(wèn)題。這些問(wèn)題輕則使青貯氨化飼料腐敗變質(zhì)，增加運(yùn)營(yíng)成本，重則青貯氨化池被廢棄，影響正常生產(chǎn)。青貯氨化池建設(shè)中墻體的設(shè)計(jì)是最核心的部分，本文針對(duì)青貯氨化池墻體的受力形式進(jìn)行分析，從而為青貯氨化池的墻體建設(shè)提供一種經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。

1 青貯氨化池墻體結(jié)構(gòu)概述

地上式青貯氨化池有單池和聯(lián)池之分，聯(lián)池的墻體分為邊墻和間墻。目前，國(guó)內(nèi)青貯氨化池常用的墻體結(jié)構(gòu)形式主要有砌體結(jié)構(gòu)、混凝土預(yù)制板結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

砌體結(jié)構(gòu)是由塊材和砂漿砌筑而成，常用的材料有磚、石和砌塊。該結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度低，其中磚石材料砌體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度往往高于其粘結(jié)材料強(qiáng)度［1］。

混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)選用成品混凝土預(yù)制板，通過(guò)預(yù)制板組裝增加扶壁支撐的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)施工速度快、整體強(qiáng)度較弱，預(yù)制板與扶壁間易發(fā)生斷裂［2］。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指用配有鋼筋增強(qiáng)的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，堅(jiān)固、耐久、防火性能好，成本相對(duì)較高［2］。

2 青貯氨化池墻體荷載分析

墻體設(shè)計(jì)荷載需要考慮青貯氨化飼料的自重、青貯氨化飼料對(duì)墻體產(chǎn)生的側(cè)壓力以及機(jī)械設(shè)備碾壓青貯氨化飼料產(chǎn)生的壓力等。地下式及半地下式還應(yīng)考慮覆土的側(cè)壓力。

地上式青貯氨化池邊墻的受力示意圖：

其中：k—青貯氨化飼料的側(cè)壓力系數(shù)；

K—土的側(cè)壓力系數(shù)；

γ—青貯氨化飼料的容重；Y—土的容重；

H—青貯氨化池的墻體高度；

h—墻體兩側(cè)地面高差；

q—車輛碾壓青貯氨化飼料時(shí)產(chǎn)生的均布荷載。

荷載計(jì)算：

1）青貯氨化飼料重力對(duì)每米墻體的側(cè)壓力：V1=

2）青貯氨化飼料重力在h高度范圍內(nèi)產(chǎn)生的壓力：V2=kγH×h

4）車輛碾壓青貯氨化飼料時(shí)對(duì)墻體的壓力：V4=qHk

此處將車輛碾壓青貯氨化飼料時(shí)產(chǎn)生的輪壓荷載換算成車輛作用在青貯氨化飼料表面上的均布荷載進(jìn)行

計(jì)算，車輛輪壓荷載可根據(jù)規(guī)范計(jì)算［3］。另外，超出墻體高度的飼料部分或頂部覆蓋物產(chǎn)生的壓力也需進(jìn)行計(jì)算［4］。

青貯氨化飼料的容重與配置青貯氨化飼料的原料物理性質(zhì)有關(guān)，一般取500～800 kg/m3。青貯氨化飼料的側(cè)壓力系數(shù)與青貯氨化飼料的含水量、壓實(shí)程度及青貯氨化飼料相互間的摩擦力有關(guān)。土的容重與側(cè)壓力系數(shù)根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)情況進(jìn)行選?。?］。

3 青貯氨化池墻體受力分析

青貯氨化池墻體的受力主要由青貯氨化飼料對(duì)墻體的側(cè)壓力決定，青貯氨化池墻體的受力主要驗(yàn)算其壓力和墻體穩(wěn)定性。青貯氨化池墻體高度在2.5～3.0 m之間時(shí)，墻體自重產(chǎn)生的基地壓力能夠滿足要求，所以其穩(wěn)定性主要受抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性控制，穩(wěn)定性安全系數(shù)主要取決于青貯氨化飼料側(cè)壓力系數(shù)的取值。

抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：

抗傾覆安全系數(shù)Kt（抗傾覆力矩與傾覆力矩之比）≥1.6，即

Eaχ——青貯氨化飼料側(cè)壓力的水平分力，單位：kN/m；

Eaz——青貯氨化飼料側(cè)壓力的豎向分力，單位：kN/m；

G——池壁墻體每延米自重，單位：kN/m；

χf——青貯氨化飼料側(cè)壓力作用點(diǎn)離墻角的水平距離，單位：m；

zf——青貯氨化飼料側(cè)壓力作用點(diǎn)離墻角的高度，單位：m；

χo——池壁墻體重心作用點(diǎn)離墻角的水平距離，單位：m。

抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算：

抗滑移安全系數(shù)Ks（抗滑力與滑動(dòng)力之比）≥1.3，即

Gn——池壁墻體每延米自重在垂直于基底平面方向的分力，單位：kN/m；

Gt——池壁墻體每延米自重在平行于基底平面方向的分力，單位：kN/m；

Ean——青貯氨化飼料側(cè)壓力在垂直于基底平面方向的分力，單位：kN/m；

Eat——青貯氨化飼料側(cè)壓力在平行于基底平面方向的分力，單位：kN/m；

μ——池壁墻體基底的摩擦系數(shù)。

由公式可以得出，墻體的穩(wěn)定性主要取決于青貯氨化飼料的側(cè)壓力系數(shù)k和池壁墻體基底的摩擦系數(shù)μ的大小，所以青貯氨化飼料的容重、壓實(shí)程度及墻體下部的土質(zhì)都會(huì)影響墻體受力的計(jì)算結(jié)果。同時(shí)，增大青貯氨化池墻體的自重也可以增大墻體穩(wěn)定性。

此外，除了應(yīng)其驗(yàn)算其墻體受力強(qiáng)度及穩(wěn)定性外，還應(yīng)根據(jù)需要，驗(yàn)算墻體結(jié)構(gòu)的抗裂性和最大裂縫寬度，以保證墻體安全和使用功能。

4 結(jié)論與建議

1）為滿足大型養(yǎng)殖場(chǎng)機(jī)械化取料，青貯氨化池宜采用垂直墻體。此外，青貯氨化池墻體內(nèi)側(cè)應(yīng)光滑，磚石砌體應(yīng)用砂漿抹面。

2）為穩(wěn)定墻體，墻體斷面宜做成上窄下寬的梯形，避免墻體因溫度變化產(chǎn)生裂縫。同時(shí)，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范對(duì)墻體伸縮縫的要求，砌體結(jié)構(gòu)的墻體伸縮縫最大間距為40～50 m，縫寬20～30 mm［2］；混凝土結(jié)構(gòu)的墻體伸縮縫最大間距為20～30 m，縫寬20～30 mm［6］。

3）為節(jié)省成本，青貯氨化池聯(lián)池間墻宜做成兩端閉合的空心雙墻，單墻厚度為實(shí)體間墻的1/3～1/2，里邊填土夯實(shí)并用混凝土灌頂，總寬度1.0～1.5 m。

4）為保證青貯氨化飼料質(zhì)量，青貯氨化池聯(lián)池間墻頂端中間應(yīng)留一條排水溝，從后端到開(kāi)口端有1%的坡降以便排水。

5）根據(jù)地質(zhì)條件，地基有明顯變化時(shí)應(yīng)設(shè)置沉降縫。水工擋土墻伸縮縫間距為15～20 m，混凝土擋土墻伸縮縫間距為20～30 m［7］。

6）根據(jù)地基規(guī)范要求，除巖石地基外，青貯氨化池墻體基礎(chǔ)埋置深度不宜小于0.5 m。季節(jié)性凍土地區(qū)的基礎(chǔ)埋置深度依據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)［8］。

［1］GB50003-2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］GB50240-2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［5］GB15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

［6］GB50153-2008工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［7］GB50240-2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［8］GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

S816.9

B

2095-3887（2014）02-0074-02

10.3969/j.issn.2095-3887.2014.02.025

2013-12-12

鄭州市金水區(qū)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（金科［2013］-農(nóng)業(yè)07）

周永亮（1972-），男，碩士。從事畜牧工程技術(shù)研究與推廣工作。

徐澤君（1966-），男，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，從事畜牧工程技術(shù)研究與推廣工作。