圆形筒仓结构设计计算书.doc

第一部分、库壁计算表
表1
工程名称：

子项名称：

水泥储存及散装

计算日期：
2002，12
基本参数：
筒仓直径 D (m）
12
仓壁厚度 （mm）
250
备注：
1. 绿色栏目为人工输入数据。
仓壁高度 h
30
钢筋抗拉强度设计值fy
310

2. 所有内力均为标准值。
贮料计算高度 hn
25.2
砼抗拉强度设计值 ftk
1.5

3. 钢筋直径须填为*.**，小数点前为钢筋排数。小数点后为钢筋直径。
截面水力半径 ρ
3
钢筋保护层厚度 c
20

储料容重 γ
16
竖向压力修正系数 Cv
1.4

物料自然安息角φ
33

侧压力系数 k
0.295

摩擦系数 μ
0.5

水平荷载、环向配筋、仓壁裂缝宽度计算：
S（m）
e-μk s /ρ
Ch
Ph (kN/m)
Np (kN/m)
Ag (mm2)
钢筋直径
钢筋间距
Ag1 (mm2)
ψ
υ
Es
ωmax
6.0
0.745
1.300
31.864
191.184
802
2.16
200
2011
0.400
0.7
2.0E+05
0.091
12.0
0.555
1.600
68.421
410.528
1722
2.18
180
2827
0.506
0.7
2.0E+05
0.148
18.0
0.413
1.900
107.076
642.456
2694
2.20
150
4189
0.721
0.7
2.0E+05
0.181
24.0
0.308
2.000
132.955
797.733
3345
2.20
130
4833
0.794
0.7
2.0E+05
0.195
30.0
0.229
2.000
148.031
888.184
3725
2.20
120
5236
0.826
0.7
2.0E+05
0.198

仓底或漏斗顶面的竖向压力 Pv (kPa)=
323.73
1.3Pv(kPa)=
420.85
仓底或漏斗顶面以上的总竖向摩擦力压力：Pf (kN/m)=
515.90
1.3Pf (kN/m)=
670.67

第二部分、库底板、内柱及基础的计算
一、设计资料：
库内径12m，库高38.5m，库壁厚250mm,库底板底面标高8.5m,基础埋深深度为3m,基础板厚度为1.2m。
地基承载力标准值fk=500 KN/m2；
场地为Ⅱ类建筑场地，属于8度抗震区；
库顶活荷载设计值：F1=2.5×1.4××62=396 KN；
库底的竖向压力： Pv= 323.73 KN/m2，1.3Pv=420.85 KN/m2；

库底的总竖向摩擦力压力： Pf= 515.90 kN/m，1.3Pf=670.67 kN/m；
每库储料总重设计值：G1=（399××25＋588××10）=49785 KN
每库自重设计值：G2=0.25×34××10×25×1.2＋25×0.9××52×1.2=8007＋2112=10127 KN
库顶活荷载设计值：F1=4×1.4××52=440 KN
二、 地基承载力验算：
基础自重设计值和基础上的土重标准值：G=25×(23.42-4×0.5×3.52)×1.0×1.2＋20×(23.42-4×.5×3.52)×5.1=15692＋53352=69044 KN
地基承载力设计值：f=fk＋=300＋3×20×(5.50－0.5)=600 KN/m2
1. 正常使用的情况下：
（1） 当四库都满料时，基底平均压应力：
传到基础顶面的总竖向力设计值：F=(49785＋10127＋440＋264)×2=121232 KN
P===363.77 KN/m2<f=600 KN/m2 满足
（2） 当1#、2#库满料，3#、4#库空仓时：
传到基础顶面的总竖向力设计值：F=72881×2＋(14900＋396)×4=206946 KN
作用于基础底面的力矩设计值：M=145762×6.25=911013 KN.m
基础底面的抵抗弯矩：W=a3/6=283/6=3658.7
基础底面边缘的最大压力设计值：Pmax=＋=＋=335.96＋249.00=584.96 KN/m2<1.2f=780 KN/m2 满足
基础底面边缘的最小压力设计值：Pmin=－=＋=335.96－249.00=86.96 KN/m2>0 满足
2. 地震作用下：
（1） 当四库都满料时：
等效总重力荷载：Geq=(56062×90%＋14900÷1.2)×4=251490 KN
总水平作用标准值：FEk==0.16×251490=40238 KN
水平地震力作用于基础底面的力矩设计值：M=40238×25.8×1.3=1349596 KN.m
基础底面的抵抗弯矩：W=a3/6=283/6=3658.7
基础底面边缘的最大压力设计值：Pmax=＋=＋
=520.61＋368.87=889.48 KN/m2<1.2f=1014 KN/m2 满足
（2） 当1#、2#库满料，3#、4#库空仓时：
等效总重力荷载：Geq=56062×90%×2＋14900÷1.2×4=150578 KN
总水平作用标准值：FEk==0.16×150578=24092 KN
水平地震力作用于基础底面的力矩设计值：M1=24092×25.8×1.3=808062 KN.m
储料和自重作用于基础底面的力矩设计值：M2=145762×6.25=911013 KN.m
基础底面的抵抗弯矩：W=a3/6=283/6=3658.7
传到基础顶面的总竖向力设计值：F=72881×2＋(14900＋396)×4=206946
基础底面边缘的最大压力设计值：Pmax=＋=＋=335.96＋469.86=805.82 KN/m2<1.2f=1014 KN/m2 满足
三、 内力计算：
每库储料总重设计值：G1=（420.85××36＋670.67××12）=72881 KN
每库自重设计值：G2=0.25×40.3××12×25×1.2＋25×0.8××62×1.2＋25×0.64×10.3×1.2×4=11394.6＋2714.3＋791.0=14900 KN
库顶活荷载设计值：F1=2.5×1.4××62=396 KN
（一） 各库全满仓时：
1. 库底板在辅助支柱各点（x/R=2.2/6=0.37）的挠度计算:
（1） 由库底板荷载P=420.85＋25×0.7×1.2=441.85 KN/m2所产生的挠度：
=
在x/R=0.37处，EI1=0.0656×441.85×64=37565
（2） 由辅助支柱所产生的环向力N作用而引起的挠度：
PN==-0.07N =
在x/R=0.37处，EI1=－0.2417×0.0724N×62×2.2=－1.39N
2. 基础板在辅助支柱各点的挠度计算:
（1） 由荷载=352708/282=449.88 KN/m2（全部设计荷载减去基础及复土重量后的地基反力）所产生的挠度：
EI2=－0.0656×483.82×64=－38248
(2) 由荷载PN=0.0724N所产生的挠度：
EI2=0.2422×0.0724N×62×2.2=1.39N
（3） 由荷载=449.88 KN/m2所产生的固端弯矩而引起的挠度：
=0.125R2=0.125×449.88×62=2024 KN.m
=; EI2=-0.431×2024×62=31404
(4) 由荷载PN=0.0724N所产生的固端弯矩而引起的挠度：
=－mpr=－0.4317×0.0724×2.2=－0.069N
=; EI2=-0.431×0.069×62=－1.07N
3. 求中间支柱内的纵向力：
I2:I1= :=h23: h13=1.23:0.73=5.04:1
由公式：－=－＋＋－得：
=
解方程得：N=26763 KN
每根辅助柱内的纵向力：N/=26763/4=6691 KN
4. 库底板的弯矩计算：
表2
X/R=0.37处
X/R=0处
(1) P=441.85 KN/m2的作用
Mr=rPR2=0.1619×441.85×62=2575KN.m
Mr=vPR2=0.1790×441.85×62=2847KN.m
(2) PN=－0.0724N=－0.0724×26832
=－1937KN/m的作用
Mr==－0.7218×1937×2.2
=－3076KN.m
Mt==－0.7218×1937×2.2
=－3076KN.m
(1) P=441.85 KN/m2的作用
Mr=rPR2=0.1875×441.85×62=2982KN.m
Mr=vPR2=0.1875×441.85×62=2982KN.m
(2) PN=－1937KN/m的作用
Mr==－0.6681×1937×2.2
=－2847KN.m
Mt==－0.6681×1937×2.2
=－2847KN.m
合计：Mr=2575－3085=－501 KN.m
Mt=2847－3085=－229 KN.m
Mr=2982－2856=135 KN.m
Mt=2982－2856=135 KN.m
5. 基础板的弯矩计算：
表3
X/R=1处
X/R=0.37处
X/R=0处
(1) =－449.88 KN/m2的作用
Mr=rPR2=0
Mr=vPR2=0.125×449.88×62
=2024KN.m
(2) PN=1937KN/m的作用
Mr==0
Mt=
=－0.4317×1937×2.2
=－1840KN.m
(1) =－449.88 KN/m2的作用
Mr=-0.1619×449.88×36=-2622KN.m
Mr=-0.1790×449.88×
36=-2899KN.m
(2) PN=1937KN/m的作用
Mr=0.7218×1937×2.2
=3075KN.m
Mt=0.7218×1937×2.2
=3075KN.m
(3) 由于边缘嵌固的作用
Mr= Mt=＋
=2024－1847=177KN.m
(1) =－449.88 KN/m2的作用
Mr=-0.1875×449.88×36=-3037KN.m
Mr=-0.1875×449.88×
36=-3037KN.m
(2) PN=1937KN/m的作用
Mr=0.6681×1937×2.2
=2847KN.m
Mt=0.6681×1937×2.2
=2847KN.m
(3) 由于边缘嵌固的作用
Mr= Mt=＋
=2024－1847=177KN.m
合计：Mr=0
Mt=184 KN.m
Mr=630 KN.m
Mt=353 KN.m
Mr=-13 KN.m
Mt=-13 KN.m
（二）、四库中只有一个库为满仓时，其余三个为空仓：
1. 荷载P=441.85 KN/m2, =171.00 KN/m2
仓底板的挠度按第一种情况取底板的全挠度。
即EI1=37565，EI1=－1.39N
2. 基础底板的挠度计算：
（1） 由荷载=171.00 KN/m2所产生的挠度：
EI2=－38248×=-14538
(2) 由荷载PN=0.0724N所产生的挠度：
EI2=1.39N
（3）由=2024×=769 KN.m而引起的挠度：
EI2=31404×=11932
(4) 由=－0.069N而引起的挠度：
EI2=－1.07N
由公式：－=－＋＋－得：
=
I2:I1=5.04:1
解方程得：N=26185 KN
3. 库底板的弯矩计算：

表4
X/R=0.37处
X/R=0处
(1) P=441.85 KN/m2的作用
Mr=2575 KN.m
Mr=2847 KN.m
(2) PN=－0.0724N=－0.0724×26185
=－1896KN/m的作用
Mr=－3076×=－3011 KN.m
Mt=－3076×=－3011 KN.m
(1) P=441.85 KN/m2的作用
Mr=2982 KN.m
Mr=2982 KN.m
(2) PN=－1896KN/m的作用
Mr=－2847×=－2787 KN.m
Mt=－2847×=－2787 KN.m
合计：Mr=－436 KN.m
Mt=－164 KN.m
Mr=195 KN.m
Mt=195 KN.m
4. 基础板的弯矩计算：
表5
X/R=1处
X/R=0.37处
X/R=0处
(1) =－171.00 KN/m2的作用
Mr =0
Mr= 2024×
=769 KN.m
(2) PN=1896KN/m的作用
Mr=0
Mt =－1840×
=－1801 KN.m
(1) =－171.00 KN/m2的作用
Mr=-2622×
=-997 KN.m
Mr=-2899×
=-1102 KN.m
(2) PN=1896KN/m的作用
Mr=3075×
=3010 KN.m
Mt=3075×
=3010 KN.m
(3) 由于边缘嵌固的作用
Mr= Mt=＋
=769－1807=-1038KN.m
(1) =－171.00 KN/m2的作用
Mr=-3037×
=-1154 KN.m
Mr=-3037×
=-1154 KN.m
(2) PN=1896KN/m的作用
Mr=2847×
=2787 KN.m
Mt=2847×
=2787 KN.m
(3) 由于边缘嵌固的作用
Mr= Mt=＋
=-1038KN.m
合计：Mr=0
Mt=-1032 KN.m
Mr=995 KN.m
Mt=870 KN.m
Mr=595 KN.m
Mt=595 KN.m
（三）、四库中只有一个库为空仓，其余三个为满仓时：
空仓底板上的压力：P=25×0.7×1.2=21 KN/m2,
基底压力： =356.92 KN/m2
1. 仓底板的挠度计算：
由于P=21 KN/m2所产生的挠度：
EI1=37565×=1785
环向力N作用而引起的挠度：
EI1=－1.39N
2. 基础底板的挠度计算：
（1）由荷载=356.92 KN/m2所产生的挠度：
EI2=－38248×=-30345
（2）由荷载PN=0.0724N所产生的挠度：
EI2=1.39N
（3）由=2024×=1606 KN.m而引起的挠度：
EI2=31404×=24918
(4) 由=－0.069N而引起的挠度：
EI2=－1.07N
由公式：－=－＋＋－得：
=
I2:I1=5.04:1
解方程得：N=1968 KN
3. 库底板的弯矩计算：
表6
X/R=0.37处
X/R=0处
(1) P=21 KN/m2的作用
Mr=2575×=122 KN.m
Mr=2847×=135 KN.m
(2) PN=－0.0724N=－0.0724×1968
=－142KN/m的作用
Mr=－3076×=－225 KN.m
Mt=－3076×=－225 KN.m
(1) P=21 KN/m2的作用
Mr=2982×=142 KN.m
Mr=2982×=142 KN.m
(2) PN=－142KN/m的作用
Mr=－2847×=－209 KN.m
Mt=－2847×=－209 KN.m
合计：Mr=－103 KN.m
Mt=－90 KN.m
Mr=-67 KN.m
Mt=-67 KN.m
4. 基础板的弯矩计算：
表7
X/R=1处
X/R=0.37处
X/R=0处
(1) =－356.92 KN/m2的作用
Mr =0
Mr= 2024×
=1606 KN.m
(2) PN=142KN/m的作用
Mr=0
Mt =－1840×
=－135 KN.m
(1) =－356.92 KN/m2的作用
Mr=-2622×
=-2080 KN.m
Mr=-2899×
=-2300 KN.m
(2) PN=146KN/m的作用
Mr=3075×
=225 KN.m
Mt=3075×
=225 KN.m
(3) 由于边缘嵌固的作用
Mr= Mt=＋
=1606－136=1470 KN.m
(1) =－356.92 KN/m2的作用
Mr=-3037×
=-2409 KN.m
Mr=-3037×
=-2409 KN.m
(2) PN=142KN/m的作用
Mr=2847×
=209 KN.m
Mt=2847×
=209 KN.m
(3) 由于边缘嵌固的作用
Mr= Mt=＋
=1470 KN.m
合计：Mr=0
Mt=1471 KN.m
Mr=-385 KN.m
Mt=-605 KN.m
Mr=-730 KN.m
Mt=-730 KN.m
（四）、仓底板及基础板的断面计算：
三种情况下的荷载值列于下表，表内单位为KN.m:
表8

库底板
基础板
X/R=0.37
X/R=0
X/R=1
X/R=0.37
X/R=0
情况一
Mr=-501
Mr=135
Mr=0
Mr=630
Mr=-13
Mt=-229
Mt=135
Mt=184
Mt=353
Mt=-13
情况二
Mr=-436
Mr=195
Mr=0
Mr=995
Mr=595
Mt=-164
Mt=195
Mt=-1032
Mt=870
Mt=595
情况三
Mr=-110
Mr=-73
Mr=0
Mr=-385
Mr=-730
Mt=-97
Mt=-73
Mt=1471
Mt=-605
Mt=-730

四、 库底板、柱、基础配筋计算：
1. 库底板配筋计算：
(1) 在X/R=0.37处有最大的负弯矩Mr=-501 KN.m，已知板厚h=800mm,h0=765mm,混凝土用C30,钢筋用Ⅱ钢，fcm=16.5 N/mm2,取b=1000 mm,fy=310 N/mm2。

===0.05 查表得=0.974
A===2169 mm2
库底板顶面预配Φ25@150，As=3271
(2) 在X/R=0 处有最大的正弯矩Mt=195 KN.m，
===0.020 查表得=0.990
A===830 mm2
库底板底面预配Φ18@200，As=1272
2. 柱配筋计算：
每根柱子承受的竖向压力设计值：
P=6708000 N<fcA=0.9×15×800×800=8640000
按构造配筋As=800×800×0.7%=4480 mm2
预配16根直径为20二级钢筋,A s=5027m2
=5027/640000=0.79%<2%
箍筋采用φ10@100
3. 基础底板配筋计算：
(1) 在X/R=1处有最大正弯矩Mr=1471 KN.m，已知板厚h=1200mm,h0=1165mm,混凝土用C30,钢筋用Ⅱ钢，fcm=16.5 N/mm2,取b=1000 mm,fy=310 N/mm2。
===0.066 查表得=0.967
A===4212 mm2
基础板底面预配Φ25@100，As=4906
(2) 在X/R=1 处有最大的负弯矩Mt=-1032 KN.m，
===0.046 查表得=0.977
A===2925 mm2
基础板顶面预配Φ22@120，As=3168 mm2
五、冲切验算：
1. 柱帽边缘处的冲切验算：

柱截面为800×800 mm2,柱帽为1800×1800 mm2。
Q=N/－PA=6691－441.85× (1.8＋0.665)×(1.8＋0.665)=4006 KN
0.6ftumh0=0.6×1.5×(1800＋700)×4×665=5985000 N=5985 KN>4006 KN
所以满足
2. 库壁对基础板的冲切验算：
取弧长1米的库壁进行验算：
库壁下端竖向压力设计值：Fl=670.67＋＋0.25×40.3×25×1.2＋=670.67＋615.28＋302.25＋19.5=1608 KN/m
0.6ftumh0=0.6×1.5×4692×1165=4919562 N=4920 KN>1608 KN
所以满足
六、库底板验算裂缝：混凝土的抗拉标准强度ftk=2.0 N/mm2,钢筋的弹性模量Es=200000N/mm2
按受弯构件计算，取标准弯矩Mk=501/1.2=417.5 KN.m,
Aet=0.50bh＋(bf－b)hf=0.50×1000×800=400000 mm2
=As/Aet=3271/400000=0.008 取 =0.01
钢筋应力===191.78 N/mm2
系数=1.10－=1.10－=0.42
最大裂缝宽度Wmax=acr(2.70c＋0.1) 式中：系数
acr=2.10, =0.70,钢筋保护层c=25 mm,钢筋直径d=25 mm
Wmax=2.10×0.42××(2.70×25＋0.1×)×0.70
=0.19 mm<0.20 mm 可以
3. 基础底板配筋计算：
(1) 在X =1900处有最大正弯矩Mr=125 KN.m，已知板厚h=400mm,h0=365mm,混凝土用C20,钢筋用Ⅱ钢，fcm=9.6 N/mm2,取b=1000 mm,fy=300 N/mm2。
===0.098 查表得=0.952
A===1199 mm2
基础板底面预配Φ20@200，As=1570
(2) 在X =1200处有最大正弯矩Mr=500 KN.m，已知板厚h=800mm,h0=765mm,
混凝土用C20,钢筋用Ⅱ钢，fcm=9.6 N/mm2,取b=1000 mm,fy=300 N/mm2。
===0.089 查表得=0.954
A===2284 mm2
基础板底面预配Φ25@200，As=2450
(3) 在X =450处有最大正弯矩Mr=818 KN.m，已知板厚h=1200mm,h0=1165mm,混凝土用C20,钢筋用Ⅱ钢，fcm=9.6 N/mm2,取b=1000 mm,fy=300 N/mm2。
===0.090 查表得=0.952
A===3543 mm2
基础板底面预配Φ25@200，As=2450
(3) 在X =125处有最大正弯矩Mr=1562 KN.m，已知板厚h=1600mm,h0=1565mm,混凝土用C20,钢筋用Ⅱ钢，fcm=9.6 N/mm2,取b=1000 mm,fy=300 N/mm2。
===0.066 查表得=0.966
A===3444 mm2
基础板底面预配Φ25@200，As=2450

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