摘要:根据钢筋混凝土筒仓设计经验,依据规范,对钢筋混凝土矩形筒仓在设计中如何选择合理的模型、如何分析各部分内力计算及各部位构造要求等问题提出的建议,可供工程设计参考。 

  关键词:钢筋混凝土矩形仓;高壁浅仓;抗裂计算;承载力; 

  中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:   

  概述: 

  筒仓按结构计算方法可分为浅仓及深仓两大类。当仓壁计算高度(hn)与圆形筒仓内径或矩形短边之比大于或等于1.5时为深仓,小于1.5时为浅仓。深仓多用于贮存物料的设施,浅仓一般用作卸料、受料、配料与给料的设施。浅仓按平面形状分为矩形浅仓和圆形浅仓,矩形浅仓根据计算和构造的特点又可分为漏斗仓、低壁浅仓和高壁浅仓。当无竖壁时为漏斗仓,竖壁高度h与短边b之比小于0.5时为低壁浅仓,大于或等于0.5时为高壁浅仓。矩形浅仓是应用最广的一种。 

  本工程属于卸料仓,结构形式为钢筋混凝土矩形仓。因h/b>1,所以按构造特点应为高壁浅仓。如图1所示。   

  图1钢筋混凝土矩形浅仓 

  对于矩形浅仓应在设计前熟悉工艺专业提供的布置图及贮料特性,如重力密度、内摩擦角、安息角、对仓壁摩擦系数、温度及湿度等,这些资料也可以通过查询《钢筋混凝土筒仓设计规范》GB50077-2003; 

  而设计中应注意布置沉降观测点,并提出对筒仓首次装料和卸料作出观测记录要求。筒仓仓壁、筒壁及漏斗应尽量选用等截面。筒仓仓顶与地面之间应设有连接通道和安全出口,一般除利用上仓运输机栈桥作为通道外,尚应根据仓顶设备和操作人员情况设置安全出口,通向地面的楼梯坡底应平缓,宜采用1:1角度。 

  筒仓的基础埋深一般为建筑物总高度的1/12左右。当工艺要求利用地下部分空间时,应综合考虑后确定基础埋深。 

  本工程建筑物总高度为23.6米,基础埋深2.5米,浅仓宽度7m,由四个漏斗联合组成矩形浅仓。 

  荷载及贮料压力计算 

  浅仓的荷载主要包括结构自重、其他构件及固定设置施加在仓上的作用力、土压力、填料及环境温度作用;贮料荷载、楼面活载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、筒仓外部地面的堆料荷载;地震作用。浅仓结构计算时,对不同荷载应采用不同的代表值。对永久荷载应采用标准值,对可变荷载应根据设计要求,采用标准值或组合值,对地震作用应采用标准值。 

   计算浅仓水平地震作用及基自振周期时,可取贮料总重80%作为贮料有效质量的代表值,重心取其总重的中心。 

  高壁浅仓贮料重力流动压力应按下列规定计算: 

  (1)仓底或漏斗顶面处单位面积上的竖向压力Pv(KPa): 

  Pv=Cγs 

  (2)仓壁单位面积上的水平压力Ph(KPa): Ph=KPV 

   K=tan2(450-φ/2) 

  (3)作用于漏斗壁单位面积的法向压力标准值: 

  Pn=ξPV 

  (4)计算作用于漏斗壁单位面积上的法向压力时,贮料作用于仓底或漏斗顶面处单位面积上的竖向压力标准值: 

  漏斗顶面 Pv=Cγh 

  漏斗底面Pv=Cγ(h+hh) 

  式中: 

  C-冲击影响系数; 

  γ-贮料的重力密度(KN/m3); 

  φ-贮料的内摩擦角; 

  s-贮料顶面或贮料锥体重心至计算截面处的距离; 

  ξ-系数,ξ=cos2α+sin2α,α为漏斗壁与水平面之夹角; 

  k-侧压力系数; 

  Hh-漏斗高度(m) ; 

  内力计算 

   当矩形浅仓的仓壁、漏斗及梁整体连接时,其计算模型可简化为由薄板、杆单元组成的一个空间体系。 

  高壁浅仓仓壁、漏斗壁的拉力计算 

  水平拉力计算:拉力沿竖壁高度分布,仓壁任一水平截面单位高度上的水平拉力设计值为: 

  N h = Pha n /2 

  竖向力和斜向力计算: 

  对于竖壁底部,由斜壁传来的竖向力设计值为(因此工程漏斗为对称布置),所以公式为: 

  N v =G1/2(a+b) 

  仓壁及漏斗壁平面外的弯曲计算 

  矩形浅仓仓壁、角锥形漏斗壁平面外的弯曲,按周边支承板计算。竖壁可根据实际情况分别按单向板或双向板计算。斜壁按三角形板或者梯形板计算。 

  仓壁的平面内弯曲 

  对于高壁浅仓的平面内弯曲的计算,不考虑斜壁和竖壁的共同受力工作,仅由竖壁承担平台荷重,贮料荷载及仓自重。竖壁按深梁计算,包括分散配筋法和集中配筋法两种方法来计算深梁内力。 

  高壁浅仓设计实例 

  设计资料 

  贮料物理特性:γ=12.4kN/m3;内摩擦角φ=35°,k=tan2(45°-φ/2)=0.271。a=6500mm,b=7000mm;α=60°。 

  卸料口给料设备总重200 kN,仓体材料:混凝土为C30;钢筋Ⅱ级。竖壁、斜壁壁厚均为250mm,仓体平面尺寸为7m*6.5m,仓壁高7m,漏斗深3.8m。 

  荷载计算 

  竖壁水平压力标准值Ph=KPV=kCγh=23.52 kN/m2 

  斜壁法向压力标准值 

  ξ=cos2α+sin2α=0.45 

  Pn1=ξPV=39.1 kN/m2,Pn2=ξPV=76.1kN/m2 

  垂直荷载标准值:   

  贮料荷载: 

  V=V1+V2=434.2m³;PK=γV=5384.08 kN 

  斜壁及给料设备总重力: 

  GK=694.4 Kn 

  竖壁上部荷载: 

  竖壁自重g1=43.75 kN/m 

  内力计算 

  拉力计算 

  竖壁水平拉力:中部NhA=γQPbA* a/2=57.63 kN/m 

  底部NhB=85.6 kN/m 

  竖壁底部垂直拉力:NV=γQPK+γGGK/2(a+b)=299 kN/m 

  斜壁斜向拉力:顶部Nt1=NV/sinα=345 kN/m 

  中部Nt=γQPK+γGGK/2(a+b)sinα=243.6 kN/m 

  斜壁水平拉力:中部Nh=243.6 kN/m 

  角部斜向拉力:Ntinc=241.5 kN/m 

  平面外弯曲 

   斜壁按三边固定的等腰三角形板计算: 

  Mx=19.1 kN*m/m , My=15.2 kN*m/m , MB=-35.6 kN*m/m , 

  MC=-45.8 kN*m/m 

  竖壁按三边固定一边简支计算: 

  Mx0=-45.8 kN*m/m ,My0=-56.1 kN*m/m , Mx=17.0 kN*m/m , 

  My=15.4 kN*m/m 

  平面内弯曲 

   竖壁为一个单跨简支深梁,根据《混凝土结构设计规范》的有关规定,可按普通梁计算内力:p=192.3 kN/m , q=68.6 kN/m 

   M=(pγQ+qγG)l2/8=2153.2 kN*m 

   V=(pγQ+qγG)l/2=1230.4 kN 

  结束语 

  贮料压力是筒仓设计中的重要参数,其计算正确与否直接关系到筒仓是否安全、经济、可靠、合理。近几十年来,随着筒仓的不断完善和发展,有待我们进一步研究。