鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

趙光明 石 鑫

華電重工股份有限公司（100700）

1 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

對(duì)鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的探討，形成明確的設(shè)計(jì)框架，將設(shè)計(jì)意圖、結(jié)構(gòu)布局、施工技術(shù)等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，打造高效的鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，確保結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。

1.1 鋼筋混凝土筒倉(cāng)概述

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，筒倉(cāng)類(lèi)型逐步豐富，形成了淺倉(cāng)、深倉(cāng)等不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)了筒倉(cāng)用途的多元化。 考慮到筒倉(cāng)的裝卸較為頻繁，裝卸產(chǎn)生的作用力可增加筒倉(cāng)側(cè)壓力分布的復(fù)雜性，這種情況的發(fā)生使得鋼筋混凝土筒倉(cāng)在使用過(guò)程中發(fā)生結(jié)構(gòu)破損的概率較高[1]。為應(yīng)對(duì)這種局面，提升鋼筋混凝土筒倉(cāng)荷載分布的科學(xué)性，控制結(jié)構(gòu)性病害的發(fā)生概率，往往需要設(shè)計(jì)人員認(rèn)真作好結(jié)構(gòu)調(diào)整，通過(guò)系統(tǒng)性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，達(dá)到筒倉(cāng)側(cè)壓力科學(xué)分布的目的。

1.2 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

為保證結(jié)構(gòu)設(shè)置的有效性，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格依據(jù)《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，將不同的筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合優(yōu)化，達(dá)到筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)使用的目的。鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要涵蓋了空間方位的選擇、結(jié)構(gòu)的選型、負(fù)荷計(jì)算、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等流程，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)流程的準(zhǔn)確把握，增強(qiáng)鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全面性，避免出現(xiàn)鋼筋混凝土筒倉(cāng)空間布局不合理、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題的發(fā)生[2]。具體來(lái)看，設(shè)計(jì)人員在選擇鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)空間布局時(shí)，要開(kāi)展綜合性的評(píng)估，將工藝條件、地形條件、工程地質(zhì)條件進(jìn)行綜合評(píng)定，從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性等角度出發(fā)， 確定鋼筋混凝土筒倉(cāng)的平面布局。例如，在工藝條件分析環(huán)節(jié)，主要分析筒倉(cāng)總體容量、斗壁傾角、裝卸方式；在地形條件分析環(huán)節(jié)，著重分析所處區(qū)域的地質(zhì)地形情況；在工程地質(zhì)條件分析環(huán)節(jié)，依托地質(zhì)勘察活動(dòng)，掌握地質(zhì)強(qiáng)度、土層形狀等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)平面布局的精準(zhǔn)性。 現(xiàn)階段，鋼筋混凝土筒倉(cāng)根據(jù)使用環(huán)境的不同， 可以設(shè)置不同的平面形狀。 從已往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)以圓形為主，與矩形筒倉(cāng)相比，圓形筒倉(cāng)受力更為明確，倉(cāng)內(nèi)死料較少，存儲(chǔ)率較高，經(jīng)濟(jì)價(jià)值顯著。出于規(guī)模化存儲(chǔ)的考量， 設(shè)計(jì)人員可以采用多排布局的方式。 在規(guī)?；季衷O(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到最終的施工成本，設(shè)計(jì)人員可以采用倉(cāng)壁與筒壁外圓相切的連接方式。 這種連接方式，使用的建筑材料較少，施工周期較短，消耗的成本費(fèi)用較低。 對(duì)于部分較為特殊的鋼筋混凝土筒倉(cāng)， 設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采用特殊的設(shè)計(jì)方法，對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)作出針對(duì)性調(diào)整。 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)， 當(dāng)鋼筋混凝土圓形筒倉(cāng)的直徑超過(guò)18m時(shí)，因單倉(cāng)負(fù)荷較大，往往不采用傳統(tǒng)的規(guī)?；Y(jié)構(gòu)布局，避免規(guī)?；季謱?dǎo)致地基沉降，影響筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。 為防范溫度變化對(duì)于筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的影響， 設(shè)計(jì)人員可以在筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)位置設(shè)置伸縮縫，以防范混凝土體積膨脹過(guò)程中引發(fā)筒倉(cāng)裂縫的出現(xiàn)。 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)總體布局完成后，設(shè)計(jì)人員需要針對(duì)性地開(kāi)展倉(cāng)上建筑物、倉(cāng)頂、倉(cāng)壁、倉(cāng)地、支撐結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)的優(yōu)化。 例如，倉(cāng)壁采用豎壁的結(jié)構(gòu)形態(tài)， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)筒倉(cāng)水平壓力的有效承載。筒倉(cāng)倉(cāng)地由于承受垂直方向的壓力，在整體布局設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)考慮裝卸的便捷性、荷載傳遞性、造型簡(jiǎn)潔性等條件因素，在此基礎(chǔ)上，完成相應(yīng)的筒倉(cāng)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 基于裝卸需要， 設(shè)計(jì)人員可以對(duì)倉(cāng)底的尺寸作出調(diào)整，在完成尺寸調(diào)整后，使得筒倉(cāng)可以在短時(shí)間內(nèi)， 快速完成儲(chǔ)存物質(zhì)的裝卸。 鋼筋混凝土筒倉(cāng)倉(cāng)底設(shè)計(jì)過(guò)程中， 應(yīng)當(dāng)開(kāi)展負(fù)荷計(jì)算工作。計(jì)算時(shí)，遵循荷載傳遞明確的設(shè)計(jì)原則，以保證結(jié)構(gòu)受力的合理性[3]。 在倉(cāng)頂設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員采用梁板結(jié)構(gòu)，但當(dāng)倉(cāng)頂直徑超過(guò)15 m 時(shí)，增強(qiáng)倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性等方面進(jìn)行考量，設(shè)計(jì)人員選擇柱子、筒壁支承、內(nèi)柱等形成復(fù)合性支撐結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的有效分布。 針對(duì)鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)負(fù)荷計(jì)算，考量到負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)永久負(fù)荷載、可變荷載、風(fēng)荷載等作好分析評(píng)估。 例如，永久荷載計(jì)算過(guò)程中，充分考慮到筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)自重以及其他設(shè)施對(duì)筒倉(cāng)的作用力、預(yù)應(yīng)力、壓力的計(jì)算，掌握永久荷載的整體情況[4]以保證鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)荷載的有效分布。 考慮到鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，設(shè)計(jì)人員需要認(rèn)真作好筒倉(cāng)變形驗(yàn)算、抗裂驗(yàn)算等相關(guān)工作，通過(guò)精準(zhǔn)的驗(yàn)算，明確筒倉(cāng)變形的可能性， 并在此基礎(chǔ)上制訂相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略，逐步增強(qiáng)筒倉(cāng)抗變形能力與抗裂能力[5]。 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員通過(guò)這種設(shè)計(jì)方式，可使鋼筋混凝土筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到提升。

2 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則

鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的針對(duì)性， 設(shè)計(jì)人員需要在設(shè)計(jì)原則的引導(dǎo)下，有針對(duì)性地完成各項(xiàng)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)到結(jié)構(gòu)升級(jí)的目的。

鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 要遵循科學(xué)性原則、實(shí)用性原則，通過(guò)設(shè)計(jì)原則的約束與規(guī)范，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員有序開(kāi)展筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的有效設(shè)置。 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)依托《混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)相對(duì)位置、形制特征作出相應(yīng)的規(guī)范，確保鋼筋混凝土筒倉(cāng)支撐立桿、倉(cāng)壁、構(gòu)筑物布局合理，將筒倉(cāng)側(cè)壁的負(fù)荷均勻分布，避免出現(xiàn)負(fù)荷過(guò)度集中的情況[6]。 鋼筋混凝土筒倉(cāng)的用途較為特殊， 為保證鋼筋混凝土筒倉(cāng)使用效果，設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)， 應(yīng)從實(shí)用性的角度出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧鋼筋混凝土筒倉(cāng)受力分布、裝卸便利性等因素，規(guī)劃筒倉(cāng)裝卸區(qū)域，確保裝卸區(qū)域可以容納裝卸機(jī)械，為機(jī)械化裝卸提供技術(shù)支撐[7]。在鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)科學(xué)性、 實(shí)用性設(shè)計(jì)原則的引導(dǎo)下，設(shè)計(jì)目標(biāo)更加明確，設(shè)計(jì)要求更為精準(zhǔn)，在很大程度上，實(shí)現(xiàn)了筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。

3 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容較多。 基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、實(shí)用性的考量，設(shè)計(jì)人員需要依托以往經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確把握鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，厘清注意事項(xiàng)，以確保筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)與合理規(guī)劃。

設(shè)計(jì)人員進(jìn)行鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到筒倉(cāng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)荷載的精準(zhǔn)分析，除了采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式開(kāi)展筒倉(cāng)荷載核算之外，設(shè)計(jì)人員還可以將各類(lèi)計(jì)算機(jī)軟件納入到鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，利用PKPM、Ansys 等軟件，依據(jù)施工區(qū)域的環(huán)境特性，結(jié)合筒倉(cāng)使用需求，采取模擬設(shè)計(jì)方案的方式，將鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果以更為直觀的方式呈現(xiàn)出來(lái)。這種信息化的設(shè)計(jì)方式，為設(shè)計(jì)人員開(kāi)展筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、糾偏等工作提供了技術(shù)支撐，減少了設(shè)計(jì)盲區(qū)，避免了設(shè)計(jì)差錯(cuò)的發(fā)生。 鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了做好信息化設(shè)計(jì)之外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)注重做好抗震設(shè)計(jì)及抗震驗(yàn)算，充分掌握筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的抗震能力，對(duì)倉(cāng)壁、混凝土支柱等結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)抗震能力的顯著提升，有效防范地震風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)于筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的提升有著極大裨益。 為降低施工難度，管控成本投入，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)著眼于實(shí)際，定向做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，依托設(shè)計(jì)方案，對(duì)鋼筋混凝土筒倉(cāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)調(diào)整，確保結(jié)構(gòu)負(fù)荷分布更為科學(xué)，結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定性，空間利用率更高，滿足不同場(chǎng)景下鋼筋混凝土筒倉(cāng)的應(yīng)用需求。