大直徑鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

趙偉

摘 ? ?要：大型存儲(chǔ)物料的鋼筋混凝土筒倉，根據(jù)儲(chǔ)料進(jìn)、出料工藝要求，合理確定倉直徑、高度及倉底板結(jié)構(gòu)布置;同時(shí)給出異形底板、基礎(chǔ)底板及倉頂在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的要點(diǎn)及它們之間的相互關(guān)系。最后，借助巖土有限元軟件分析，總結(jié)大型倉基樁的受力及變形特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 異形底板;變形協(xié)調(diào);巖土有限元;基樁;內(nèi)力分布

1 ?倉幾何參數(shù)

根據(jù)工藝要求，倉外形尺寸為內(nèi)直徑25m，倉頂高度50m;倉內(nèi)底板高度8.8m，底板下內(nèi)筒直徑為9m;倉頂由于有下料平臺(tái)且跨度較大，倉頂采用鋼桁架結(jié)構(gòu)體系。

2 ?設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)

2.1 ?倉基礎(chǔ)：樁筏底板

根據(jù)倉內(nèi)所有的構(gòu)件自重包括埋深范圍內(nèi)的土中重量計(jì)算樁的數(shù)量，同時(shí)適當(dāng)考慮水平荷載對樁數(shù)的影響，由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》式5.1.1-2可知：計(jì)算地震荷載彎矩Nekmax<1.5Ra。

這里值得注意一下，由《筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.1.8條：計(jì)算筒倉水平地震作用及其自振周期時(shí)，可取貯料總重80%作為貯料有效質(zhì)量的代表值，重心取其總重的中心。

實(shí)際上：由《構(gòu)筑物抗震規(guī)范》第4.5.1條第4.2.1條1款內(nèi)容，可知：滿足上部結(jié)構(gòu)不驗(yàn)算地震作用的筒倉和7，8，9度基礎(chǔ)下無軟弱粘性土和液化土層的倉可不進(jìn)行基礎(chǔ)（樁基）的地震承載力計(jì)算。

最后計(jì)算出的樁的數(shù)量布置一定上遵循內(nèi)密外疏（內(nèi)強(qiáng)外弱）的原則。內(nèi)密外疏的原則主要是考慮土，樁，承臺(tái)之間的相互作用后，使地基土對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)弱外強(qiáng)的剛度變化，為減小中間變形大，外圍變形小的趨勢而設(shè)置。所以，中間區(qū)域樁密，外圍區(qū)域間距適當(dāng)減小。

承臺(tái)底板的設(shè)計(jì)主要是確定厚度和底板鋼筋：根據(jù)《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》力學(xué)表格和內(nèi)外筒支撐的受力模型，求出底板每一處的彎矩值。

基礎(chǔ)底板鋼筋配置時(shí)，保證徑向鋼筋擺放在最外邊緣，保證受力高度;由鋼筋面積導(dǎo)出的鋼筋直徑和間距一定要在承臺(tái)內(nèi)一層放得下，這個(gè)一定要驗(yàn)算一下。否則施工時(shí)會(huì)放2～3層就不好了，如果放不下則應(yīng)稍加大底板厚度。

2.2 ?倉底板設(shè)計(jì)：內(nèi)外圓板

這部分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是確定內(nèi)筒的直徑和壁柱的位置。確定原則：先中心圓板按環(huán)梁周邊是固定邊的計(jì)算模型計(jì)算出邊緣彎矩M1，同時(shí)跨中彎矩Mo。再異形板（梯形）靠近中心圓板的邊由有限元板計(jì)算出的彎矩M2。同時(shí)，由內(nèi)力和變形協(xié)調(diào)條件，可知最終的板邊負(fù)彎矩為（M1+M2）/2。最終負(fù)彎矩與圓板跨中正彎矩相等來調(diào)節(jié)內(nèi)筒的位置，同時(shí)壁柱要均勻，滿足工藝條件進(jìn)出口的最小尺寸要求。

需要注意的是這個(gè)內(nèi)筒的直徑確定后，它的尺寸也會(huì)影響到前面說到的底板的彎矩計(jì)算結(jié)果。要反復(fù)計(jì)算比較后找出一個(gè)最優(yōu)化的直徑值。

2.3 ?筒壁和倉壁

倉壁厚度由《筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》中相應(yīng)的規(guī)定給出：

直徑等于或小于15m的圓形筒倉倉壁厚度：

t=dn/100+100

直徑大于15m了不能使用經(jīng)驗(yàn)公式，得由抗裂軸心受拉計(jì)算公式計(jì)算出。

這里需要指出的是在判別深倉與淺倉時(shí)用到的高度hn是從堆料頂部算起，

對于倉的hn就是從底板上的輕質(zhì)斜坡骨料頂部算起的，不是從倉底板頂面算起。如果hn/dn=1.5時(shí)，也就是筒倉倉頂標(biāo)高是50米的時(shí)候，出現(xiàn)深倉和淺倉的分界點(diǎn)，規(guī)范給出要分別按深倉公式和淺倉公式計(jì)算水平貯料壓力，二者取大值。筒壁一般是按構(gòu)造配筋，為滿足筒壁層的剛度和承載力比倉壁層大，筒壁比倉要厚100mm～150mm。

2.4 ?倉頂結(jié)構(gòu)

倉頂結(jié)構(gòu)主要包括：倉頂小房，溜槽鋼架平臺(tái)，皮帶機(jī)等系列設(shè)備基礎(chǔ)，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

倉頂小房及溜槽平臺(tái)應(yīng)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。建筑抗震設(shè)防分類應(yīng)按筒倉的使用功能由工藝專業(yè)確定，但不應(yīng)低于丙類。當(dāng)倉壁與倉底整體連接時(shí)，倉壁、倉底可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。筒壁支撐的筒倉倉上建筑地震作用增大系數(shù)可取4.0。柱支撐的筒倉倉上建筑地震作用增大系數(shù)，可根據(jù)倉上建筑計(jì)算層結(jié)構(gòu)剛度與倉體及倉上建筑計(jì)算層質(zhì)量比的具體條件，按《構(gòu)筑物抗震規(guī)范》表5.1.7采用。倉上建筑增大的地震作用效應(yīng)不應(yīng)向下部結(jié)構(gòu)傳遞。

2.5 ?倉與邊坡穩(wěn)定的相互影響。

此類問題曾采用巖土有限元分析軟件PLAXIS【1】，建立倉基礎(chǔ)及其附近邊坡的數(shù)值模型，考慮了基樁、抗滑樁及樁間擋墻、地質(zhì)土層、邊坡研究對象在不同工況下的相互影響，模型圖如圖2所示。

主要有以下結(jié)論：

（1）只要儲(chǔ)料筒倉倉處于邊坡滑移帶之外，穩(wěn)定性不受影響，僅基樁彎矩出現(xiàn)一定增長。邊坡卸載后，建造儲(chǔ)料筒倉及其樁筏基礎(chǔ)不會(huì)引起邊坡失穩(wěn)，且自身水平變形很小。而邊坡的存在對于基礎(chǔ)的差異沉降影響也很小，但對氧化鋁倉的基樁的彎矩有較微小的影響。

（2）儲(chǔ)料筒倉基礎(chǔ)在地震水平荷載和彎矩荷載共同作用下，基礎(chǔ)差異沉降增大，擋墻位移增大，基樁內(nèi)力重新分步，擋墻內(nèi)力增大，但基礎(chǔ)和邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）控制樁筏基礎(chǔ)的總沉降量和變形差值最顯著的方法是增加樁長，不是增加樁數(shù)。

（4）群樁效應(yīng)及內(nèi)力重分布：內(nèi)力是中間小，周邊大的趨勢，需進(jìn)行變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)【2】。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張建勛.用強(qiáng)度折減有限元方法分析土坡穩(wěn)定問題[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004.

[2] GB 50007—2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].