18 m鋼筋混凝土筒倉設計分析

馬 瑞 斌

(煤炭工業(yè)太原設計研究院，山西 太原 030001)

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18 m鋼筋混凝土筒倉設計分析

馬 瑞 斌

(煤炭工業(yè)太原設計研究院，山西 太原 030001)

結合工程實例，從筒倉基礎、倉底支承結構、倉底漏斗、倉壁設計等方面，闡述了18 m鋼筋混凝土筒倉的設計方法，總結了設計過程中的注意事項，使筒倉的結構設計滿足使用要求。

筒倉，鋼筋混凝土，支承結構

筒倉是一種比較常見的工業(yè)散料儲存建筑。它被廣泛地應用于農業(yè)、煤炭、電力等多個工業(yè)領域。隨著社會的不斷發(fā)展，人們對環(huán)境保護的要求也越來越高，所以筒倉這種封閉式的倉儲結構必將在工業(yè)生產中得到更廣泛的應用。同時，也要求設計人員力求做到技術先進、安全使用、經濟合理、確保質量。

筒倉根據其平面幾何形狀的不同，可分為圓形倉和方形倉等多種形式；圓形筒倉由于其結構受力合理、存儲量較大，且經濟性也優(yōu)于方倉，所以在日常設計中較為常見；而方形筒倉一般多以連排形式出現(xiàn)，在一些有特殊工藝要求的情況下使用。

筒倉按照倉壁高度及作用于倉壁的側壓力計算方法不同，可分為深倉和淺倉。當筒倉內儲料的計算高度hn與筒倉內徑dn或矩形筒倉的短邊bn之比不小于1.5時為深倉；反之小于1.5時則為淺倉。

本文僅以某18 m內徑鋼筋混凝土筒倉為例，對筒倉的設計過程進行分析、探討。

1 工程概況

根據工藝專業(yè)提供的相關資料和要求，本次設計的筒倉共分為三層：底層為倉底支承結構(即出煤層)，高度10.0 m；中間層為倉體儲煤層，高度35.5 m；頂層為倉頂配煤層，高度5.5 m；總高度為51.0 m。筒壁內徑為18.0 m，筒壁厚度為300 mm，筒體頂部為錐殼結構。本工程倉底為汽車走煤，漏斗定量裝車，并在底層中部設控制室；倉頂建筑為單層鋼筋混凝土框架結構，并采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓錐殼頂。場地地震烈度為7度，地震加速度為0.10g，場地類別為Ⅱ類。采用混凝土強度等級為C30，鋼筋為HRB335級鋼筋。筒壁采用滑模施工。倉內儲料為原煤，儲料重力密度γ=10 kN/m3，儲料內摩擦角φ=30°，儲料摩擦系數μ=0.5。

2 基礎

筒倉一般豎向荷載都比較大，對地基承載力的要求也較高?；A形式可采用鋼筋混凝土環(huán)形基礎(+條形基礎或獨立基礎)、鋼筋混凝土整片筏板基礎。如天然地基的承載力不能滿足設計要求時，大多采用換填、樁基等地基處理方法解決。筒倉基礎要求整體性好，基底受力均勻，避免基礎的不均勻沉降。設計時，根據規(guī)范及計算經驗，基礎板厚度可取基礎短跨的1/6～1/5左右，基礎梁高度可取基礎長跨的1/4～1/3左右，其計算結果一般以構造配筋為主，基礎埋深一般不小于筒倉高度的1/15。本工程基礎落在風化巖層上，該層土地基承載力特征值為400 kPa，經計算可采用整片鋼筋混凝土梁板基礎，基礎梁斷面為800×2 000，基礎板厚度為1 000 mm。

3 倉底支承結構

倉底支承結構一般由外圍落地筒壁和內部框架柱或混凝土墻共同組成(具體形式可根據倉底的儲料運輸方式和漏斗布置情況而定)。筒壁在入口處開洞較大，使筒壁剛度削弱較多。當在地震力較小的地區(qū)，可在筒倉中部設內框架柱作為支承結構；當在地震力較大的地區(qū)，可在筒倉中部通道兩側設混凝土剪力墻作為支承結構，以增加筒體的整體側向抗震力。本工程倉下運輸方式為汽車裝車，4個漏斗對稱布置。根據上述條件確定本工程倉底支承結構由外圍落地筒壁和與進車方向平行的三道剪力墻組成。外圍筒壁厚度為300 mm，中部剪力墻厚度為400 mm。汽車入口處門洞尺寸為4 000×5 000(h)，洞口兩側設800×800的扶壁柱，筒倉中心位置即漏斗梁支座處設800×800的暗柱。通過計算底層結構層間側向位移比為1/1 120，結構配筋均為構造配筋。

4 倉底漏斗

倉體的底部一般設置用于卸料的漏斗。漏斗的形式根據工藝要求可分為圓錐形漏斗、倒四角錐漏斗以及雙曲線緩沖漏斗等。漏斗主要由漏斗斜壁和支承漏斗的邊梁組成。漏斗斜壁在內部儲料的豎向荷載作用下，生成平行于斜壁方向的拉力和垂直于斜壁方向的壓力(該壓力會對斜壁產生平面外的彎矩)，由這兩個力控制漏斗斜壁的配筋。漏斗壁厚度可取計算跨度的1/20～1/30，且不宜小于120 mm。支承漏斗的邊梁可視為漏斗支座，它將承受整個漏斗層的豎向荷載以及漏斗斜壁帶來的扭矩，漏斗斜壁的豎向鋼筋需全部在邊梁中錨固，其斷面可取計算跨度的1/3～1/5，通常按受壓構件計算，并應對漏斗梁進行抗剪強度驗算。本工程倉底設4個6.0 m×6.0 m的倒四角錐漏斗，漏斗高度為4.2 m，斜壁傾角為60°，內設耐磨層。漏斗斜壁厚度為350 mm，其配筋為φ18@200雙層配置，斗口尺寸為1.0 m×1.0 m。漏斗梁支承在剪力墻及筒壁暗柱上，斷面為400×2 000，并在漏斗頂部相交處設防砸鋼軌，漏斗層與筒壁脫開用環(huán)梁連接。

5 倉壁設計

倉壁為與儲料直接接觸的筒倉部分，其下部與倉底漏斗層相連，上部與倉上配煤層連接。當倉體直徑大于15 m時，倉頂可以錐頂過渡與倉上建筑相連。倉壁部分以環(huán)向力為主，且應分段逐層計算配筋。計算時應先確定倉壁的厚度，倉壁厚度一般采用等截面布置，可按公式t=dn/100+100確定倉壁厚度，對于內徑為18 m的筒倉壁厚可適當加大，取300 mm～350 mm。當倉壁厚度滿足以上要求時，可不進行撓度驗算。倉壁結構按正常使用極限狀態(tài)設計，設計時應根據使用要求控制筒倉的整體變形，并嚴格控制倉壁的裂縫寬度，最大裂縫寬度允許值為Wmax=0.2 mm。設計中應根據儲料的物理特性，確定倉壁在某一高度處的水平壓力和豎向壓力。根據GB 50077—2003鋼筋混凝土筒倉設計規(guī)范:儲料頂面或儲料錐體重心以下距離S處單位面積上的水平壓力為Pn；該截面處單位面積上的豎向壓力為Pv；該截面以上倉壁單位周長上的總豎向摩擦力為Pf；倉壁宜配置內外雙層配筋，環(huán)向每隔2 m～4 m設置一組焊接骨架筋。本工程中倉壁厚度為300 mm，倉壁豎

向均為構造配筋,采用φ14@150雙層配置，每12°設一組骨架筋。水平配筋按距儲料頂面的深度S以5 m為間隔取5 m，10 m，15 m，20 m，25 m，30 m截面計算，配筋依次為φ12@150，φ14@150，φ16@150，φ18@150，φ20@150，φ20@100雙層配置，且將水平配筋延續(xù)至距倉底以下1/6倉壁高度范圍內，兩層鋼筋網之間設拉結筋連接，拉結筋按梅花形布置。

Pn=Cnγρ(1-e-μks/ρ)/μ

(1)

Pv=Cvγρ(1-e-μks/ρ)/μk

(2)

Pf=ρ[γs-γρ(1-e-μks/ρ)/μk]

(3)

倉壁尺寸及壓力示意圖見圖1。

6 倉上建筑

倉上建筑一般為倉頂的配煤層，用來布置一些皮帶運輸設備和除塵設備等；也有將動篩設備置于倉頂的情況，但多用于群倉中的某一個體。倉上建筑只作為配煤層時，一般多為單層廠房，采用鋼筋混凝土框架結構；當倉頂加設動篩設備時，一般為多層廠房，可采用筒壁支承的梁板結構，以增加倉上建筑的整體剛度，避免設備和結構發(fā)生共振。本工程倉上為單層鋼筋混凝土框架結構，框架柱斷面為400×500，框架頂部為100 mm厚鋼筋混凝土錐殼,并用400×600的環(huán)梁與框架柱連接。

7 筒倉的抗震計算

對筒倉抗震設計問題的研究，現(xiàn)在國內外都不是很深入。筒體結構本身的抗震性能較好，且筒倉內部的儲料大多為散體。地震發(fā)生時，儲料對結構有一定的消能作用。所以當倉壁和倉底整體連接時，倉壁和倉底可不進行抗震驗算。倉下支承結構和倉上建筑為筒倉抗震計算的重點，可利用現(xiàn)有的計算程序對筒倉進行整體抗震分析。根據《鋼筋混凝土筒倉設計規(guī)范》當倉下支承結構為柱支承時，可按單質點結構體系簡化計算。

8 結語

以上是本人在筒倉設計過程中的一些心得和具體工程的設計數據，僅供讀者參考。文中所介紹的具體工程已全面投入使用，且使用效果良好；而關于筒倉設計的問題，還需要我們不斷的探索、研究。

[1] GB 50077—2003，鋼筋混凝土筒倉設計規(guī)范[S].

[2] 貯倉結構設計手冊編寫組.貯倉結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

On design for 18 m reinforced concrete silo

Ma Ruibin

(TaiyuanDesignResearchInstituteforCoalIndustry,Taiyuan030001,China)

Combining with the engineering examples, the paper illustrates the design methods for the 18 m reinforced concrete silo from the silo foundation, silo support structure, silo support funnel, and silo wall design, and sums up the precautions in the design process, so as to ensure the structural design to meet the demands of the use.

silo, reinforced concrete, support structure

1009-6825(2016)13-0040-02

2016-02-20

馬瑞斌(1979- )，男，工程師

TU375

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