钢筋混凝土矩形筒仓设计简析.pdf

第 3 9卷第 1 1期 2 0 1 2年 1 1月 建筑技术开发 Bu i l d i ng Te c hn i qu e De v e l o p me n t Vo 1 3 9， No 1 1 NO V 2 O1 2 钢 筋 混凝 土 矩 形 筒仓 设 计 简析 张志强 ( 中煤 国际工程 集 团北京华 宇工程 有 限公 司 ， 北京 1 0 0 1 2 0 ) 摘要 以某煤矿块煤 仓的设计为例 ， 详细 阐述 了柱支承钢筋 混凝土矩形筒 仓的设计思 路和 步骤 ， 并归 纳总结 了在 设计过程 中需 要注意 的 问题 ， 讲 述 了浅 仓 的贮 料压 力 计算 方 法。总结 了一些 设 计体 会 供结 构设 计 人 员 参考 。 关键词 矩形筒仓 ； 结构设计 ； 块煤仓 中图分类号 T U 3 1 8 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 1 2 0 3 筒 仓是用 来贮 存散体 物料 的一种 理想 的常用 仓 型 ， 它 占地 面 积 小 ， 仓 容 量 大 ， 便 于机 械 化作 业 ， 因 此 ， 在 电力 、 现代 物流 、 粮 食 、 煤 炭 、 水 泥 、 轻 工等行 业 中有着 广泛 的应用 。尤其 在煤 矿地 面建 、 构 筑物 中 ， 筒仓作 为煤 炭生 产过 程 中贮 存 煤 炭 、 矸 石 等 的立 式 容器 ， 发挥着 便 于调 节 流程 、 集 中装 车外 运 、 减少 贮 存用地的巨大作用 ， 其投资在整个煤矿地面建筑 中 所 占比重业 相对 较 大 。 因此 ， 筒 仓结 构 设 计 的技 术 与经 济合理 性显 得尤为 重要 。 1 概 述 本 文 以某煤 矿块煤 仓设计 为例 浅谈 钢筋混 凝土 矩形仓 的结 构设 计 问题 。某 煤矿块 煤仓 工程 结构形 式 为多排 钢筋混 凝 土矩 形 高 壁 浅仓 ， 平 面 布 置 如 图 1所 示 。仓下 支 承 柱伸 至 仓 顶 及 仓 上建 筑 ， 单仓 尺 寸 8 m 8 m， 共 8仓 ， 仓 壁 厚 3 5 0 m m， 出 口 内径 1 0 5 0 mm1 3 0 0 mm， 具 体结 构见 图 2 。 因 图 1 某煤 矿块煤仓平面布置 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 81 5 作者简介： 张志强 ( 1 9 8 1 ) 男 ， 内蒙 古武川县人 ， 毕 业于北京 工业大 学 ， 硕士 ， 工程师 ， 现从事结构设计。 1 2 、 I 、 S 1 l 8 0 0 0 8 0 0 0 图 2某 煤 矿块 煤 仓 剖 面 2平面布 置及 结构设 计 2 1 平 面 布 置 筒仓 的平 面布 置 主要 由工艺 条 件决 定 ： 包 括 筒 仓容 量 、 斗壁最 小倾 角 、 贮 料 特 性 资料 、 装 卸 方 式 以 及其 他特 殊要 求 。其 次要 考 虑 的 是地 形 地 质 条件 ， 特别是在山区、 矿区建造筒仓时 ， 往往可充分利用地 形 条件 取得 比较满 意的经 济效果 。由于钢 筋混凝 土 筒 仓特 别是群 仓 的荷 载较 大 ， 筒 仓 一 般 对 地基 的要 求的承载力较高 ， 且对地基变形较为敏感 ， 建造筒仓 地段必须具有详细的岩土工程勘察报告， 并根据当 地的地质情况选取合适的筒仓布置方案。钢筋混凝 0 0 0 0 一0 0 一 0 cl 0 0 曼0 0n 一 0 0 一 0 0 一 0 0 0 第 3 9卷 张志强 ： 钢 筋混凝 土矩形筒仓 设计简析 第 1 1 期 土筒仓 设计 规 范 中对 矩 形 群仓 有 这 样 的规 定 ： 柱 子 支承 的矩 形群 仓 总长度 不超 过 3 6 m 时 ， 可 不设 变形 缝 。在非 岩石 地基 条件 下 ， 群仓 的长 度与 其宽 度 、 高 度之 比不 应 大 于 2 。一 般 地 ， 平 面 布 置 单 仓 9 m 9 I T I 的双排 8仓 结构 是 较 为 经 济 合 理 的 。本 例 根据 工艺 条基 布 置如 图 1 。 2 2 结构设 计 筒 仓结 构可 分为仓 上 建筑 物 、 仓 顶 、 仓壁 、 仓底 、 仓 下支 承结 构 ( 筒壁或 柱 ) 及基 础等 六个 部分 。 1 ) 仓顶及仓 上建筑。块煤仓 上建筑为安装 振 动筛 和配煤 运输 机之 用 ， 考虑 到振 动筛振 动 较大 ， 采 用 钢 筋混 凝土 框架 结 构 ， 且 将 振 动 筛 布 置 在框 梁 上 或柱附近 ， 同时结构 自振频率应避开振动筛振动 ， 避 免共振。边柱应尽量伸至仓上建筑 ， 使其传力直接。 采用 底部 剪力 法计 算 地 震 效 应 时 ， 其 地 震作 用 效 应 应乘 以增 大 系数 4 0 ， 但增 大 部 分不 向下 传 递 ， 与框 架柱 相连 的构 件应 予计 人 。框架 填充 墙应 采用 轻质 材料 或外 挂夹 芯板 。 2 ) 仓壁及仓底。仓壁是直接承受贮 料水平压 力 的构件 ， 由于支 承柱伸 至仓 顶 ， 使柱 也 间接地 承受 了贮料的水 平荷载。因此在仓体 中部设水平拉梁 ( 如 图 2 ) 以减轻 柱 的水平 荷载 负担 。仓 底 结构 的选 型应考虑 ： 卸料 畅通 ； 荷载传递 明确 ， 结构受力 合理 ； 造型简单 ， 施工方便 ； 填料较少。仓底形 式 最常 用有 整体 连接 型式 和非 整体 连接 型式 。本 例 采用整体连接。仓底与仓壁整体浇筑 ， 虽然计算较 复杂 ， 但 整体性较好 ， 不需要 填料， 方便工艺使用 。 另 外一 种非 整体 连接 ， 仓底 与仓 壁 分开 布置 ， 仓底 通 过 边梁 ( 或 环 梁 ) 支 承 于 柱 上 ， 也 可 与 仓 壁 完 全 脱 开 ， 可 简化计 算 工 。 3 ) 仓 下 支 承 结 构 。通 常筒 仓 的 仓 下 支 承 结 构 有 柱支 承 ， 筒壁 支 承 、 筒 壁 与 内柱 共 同支 承 三 种形 ， 但 由于工 艺条 件 的 限制 ， 一 般 块 煤 仓 多选 择柱 支 承 的形式 ， 虽然这是对抗震不利 的。对于此类结构是 典型 的上 大下 小 ， 上重 下轻 的结构 ， 造 成仓 下支 柱 的 轴压 比较 大 。对 于排 仓 或 群 仓 当贮 料 不 对 称 时 ， 地 震效应的扭转作用将加剧筒仓的破坏 ， 因此对 于本 例应加 强 仓下 支承 柱 的设 计 。但是 仓 下支 承柱 的最 大配 筋率 不应 大 于全截 面 的 2 ， 因为 仓 满 载 时 ， 混 凝土 由于蠕变应力有所降低 ， 相应的荷载转 给钢筋 承担 ， 当贮 料 突然 卸 空 时 ， 钢 筋 产 生 弹性 恢 复 ， 此 时 混凝 土可 能受 拉 产生 水 平 裂 缝 ， 如 果 钢筋 与混 凝 土 之 间 的黏结 力很 强时 ， 有可 能产 生垂 直裂 缝 ， 这种情 况更危险 ， 所 以控制柱最大配筋率很有必要 。 4 ) 基 础。根 据 钢筋混 凝 土筒 仓设 计规 范 ( G B 5 0 0 7 7 - 2 0 0 3 ) ， 筒仓 的地 基基 础 设计 等 级应 为 乙级 。筒 仓地 基基 础 设 计 时 ， 除应 满 足 承 载力 计 算 的有 关规 定外 ， 应 按 地 基 变 形设 计 。按 承 载 能力 极 限状态设计筒仓基础时 ， 应采用基本组合 ， 并应符合 下列 规定 ： 整 体相 连 的群 仓基 础 ， 应 取 空 仓 、 满仓 的 荷载效应组合 ， 基底边缘处地基的最小压应力值应 大 于零 ； 按正 常使 用极 限状 态设计 筒仓基 础 时 ， 应取 标准组合， 其倾斜率不应大于 0 0 0 4， 平均沉降量不 应大于 2 0 0 mm， 同时应满足工艺专业的要求。钢筋 混凝 土 群仓 的荷 载较大 ， 一般 采用 筏板基 础 ， 当采用 天然 地基 又不 能满 足变形 要求 时 ， 应 采用桩 筏基 础 。 除岩 石地基 外 ， 每个 筒 仓 的 沉 降观 测 点 不应 少 于 四 个 。对 于群仓 ， 当地 基土 的压缩 性有 显著差 异时 ， 应 采取 防止 不均 匀沉 降的措 施 。本 例 由于天 然地基 不 能满足承载力及地基变形的要求 ， 采用桩筏基础可 解决 不均 匀沉 降 的问题 。 3结 构计 算 1 ) 贮料顶面或贮料锥体重心一下距离 s ( m) 处 作用于仓壁单位面积上的水平压力 P ( k P a ) 应按下 式计 算 ： Ph = k ys 2 ) 贮 料顶 面或 贮 料锥 体 重 心一 下 距离 s ( m) 单 位 面积 上 的竖 向压力 P ( k P a ) 应 按下 式计算 ： P ys 3 ) 漏 斗壁 切 向压力应 按下 式计 算 ： P =P ( 1一k ) s i n c o s a 4 ) 作 用 于 漏 斗 壁 单 位 面 积 上 的 法 向 压 力 P ( k P a ) 应 按下 式计 算 ： P = 式 中 按 钢筋混凝土筒仓设计规范 附录 D选 用 。 4构 造要 求 柱 子 支 承 的高 壁 浅仓 仓 壁 配筋 ， 其 内外 层 水平 钢筋 的直径 不宜 小 于 8 m m， 竖 向钢筋 的直径 不宜小 于 1 0 mm， 钢 筋 的 间距 不应 大 于 2 0 0 mm， 也 不 应小 于 7 0 m m。仓下 支 承 柱纵 向钢 筋 的最小 配筋 率 ， 比 建筑抗 震 设 计 规 范 规 定 的框 柱 最 小 配 筋率 增 加 0 1 。 即中 、 边 柱在设 计 烈 度 为 7度 和 8度 时 ， 不 宜小 于 0 7 。角柱 的总 配筋 率 在设 计 烈度 为 7度 和 8度 时 ， 不 宜 小于 0 9 。加 密柱 箍筋 范 围 ， 在 柱 与仓壁 交接 处 以下 ， 柱 与基 础交接 处 以上 ， 不 小于柱 截面 长边 或柱净 高 的 1 6 ， 箍 筋间距 不小 于1 0 0 m m。 箍 筋 直 径 ： 7 度 时 不 小 于 8 m m， 8度 时 不 小 于 1 3 第 1 1 期 张志强 ： 钢 筋混凝土矩形 筒仓设计 简析 第 3 9卷 1 0 I n m， 柱箍筋 的弯钩尺寸不小 于 1 0倍 的钢筋直 径 ， 弯 钩角 度 为 1 3 5 。 。在 地 震 力 的往 复作 用 下 ， 受 力变化 较为 复杂 ， 筒 壁 应 配置 双 层 钢筋 ， 其 水 平 、 竖 向钢筋 总 的最小配 筋率 均不小 于全截 面 的 0 4 。 5 结语 随着 煤 炭工 业 的发 展 ， 筒仓 在 各 煤矿 亦 是必 不 可少 ， 筒仓结 构特 殊 ， 受 力 复杂 ， 所 以理 解 和掌 握 筒 仓 设计 的要 点 ， 并 合理运 用于 实 际工程 ， 有 利于 提高 筒仓设 计 的科学 性 和 经 济性 。 同时 ， 还 必须 重 视 筒 仓 的构 造 ， 以全 面提 高 筒 仓设 计 的质 量 。总结 已有 的设 计经 验 ， 对 于 提 高设 计 技 术水 平 ， 预 防 事 故 、 降 低 工程造 价 十分必要 。 参 考 文 献 1 中国煤炭建设协会 钢筋 混凝 土筒仓设计 规范 s ( G B 5 O 0 7 7 2 0 0 3) 2 中华人 民共和国建设部 混凝土结构设计 规范 s ( G B 5 O O l 0 2 0 1 0) 3 中华人 民共 和国建设 部 建筑抗 震设 计规 范 s ( G B 5 0 O 7 7 2 0 1 0 ) 4 朱彦鹏 特种结构 M 武汉 ： 武汉工业大学 出版社 ( 上 接 第 1 1页 ) 2 5 其他 构造要 求 我们还 应 该 注 意 水 池 设 计 的 构 造 要 求 ， 例 如 给排水工 程构筑物 结构设计 规范( G B 5 0 0 6 9 2 0 0 2 ) 中第 6小节 中和 给排水 工程钢筋混凝 土水 池结构设计规程中第 7小节的规定 ： 钢筋 的混凝 土保 护层最 小厚 度要 求 、 腋 角 的设 置及 配 筋 伸缩 缝 的设置与构造 、 加强钢筋的设置等。 3 小结 1 ) 水 池 的 设 计 与 地 下 水 位 的标 高 密 切 相 关 。 由于地下 水位 未掌握 好而 引起结 构选 型错误 及抗 浮 不够 等工 程 事 故 时有 发 生 。根 据 现 行 国家 设 计 规 范 ， 地下水 位应 根据地 方水 文资 料 ， 考虑 可能 出现 的 最 高地下 水位 。一般 设计 均取 用水文 资料 的最高 地 下水 位 。在 5 0年设计 基准期 内 ， 一般水 工构筑 物地 下水 可 变作用 的取 用按 “ 工程 结 构可 靠 度设 计 统 一 标 准 ” 原 则 确 定 ， 不 考虑 罕遇 洪 水 的偶 然 作 用 。 但 值 得注 意 的是 ， 有 些工 程 地 质勘 察 报 告所 提 供 的 地 下 水位 未能从 地方 水 文 资料 分 析 得 出 ， 而仅 反 映 勘 测期 间的地 下水位 情况 。如果 详勘在 当地枯 水期 进 行 。 所 提供 的地下水 位标 高将无 法被设 计 取用 ， 或 导 致结 构计算 的失误 。所 以设计 人员 应详 细 了解 当地 的水 文情况 ， 对未 满 足设 计 要 求 的地 质 勘察 报 告 要 求予 以补充 。是 否会 出现 由于地表 水不 能及 时排 除 而引 起地下 水位 提 高 ， 土建 设 计 人员 应 结 合对 地 下 水位 和地质 情况 的 了解 ， 与水 工 艺设 计 人 员一 起 决 定水 池 的基 底标 高 ， 综 合 工 艺流 程 要 求 、 土建 造 价 、 运 营成本 等诸 多 因素 ， 制定 出方 案 。 2 ) 水池 类构 筑物 并非 必 须保 证 不 开 裂 ， 对 设 计 人员 来讲 重要 的是做好 裂缝 的控 制 。一 方面设 计人 员要 事先 对可 能 的不 利 因素 及 其影 响予 以预 防 ， 另 1 4 一 方面在 施工 过程 中万一 发生 较大裂 缝要有 相 应的 处 理方法 及技 术措 施 ， 确 保 工 程交 付 验 收 及投 产 后 的安全生 产及 运行 需 要 。一 般 说 来 ， 影 响 裂缝 的主 要 因素是 温差 及混凝 土 的收缩 ， 温度 越高越 易 开裂 ， 裂缝 的数 量及 宽度 也越 大 ； 混凝 土 收缩越 大 ， 裂 缝 的 数 量及 宽度也 越 大 。 因此 ， 设 计 人 员 要从 设 计 与 施 工两个方 面来 加 强 控制 。设 计 方 面 ， 增 加 配筋 率 或 减小钢 筋直 径能增 加 混 凝 土 的极 限拉 伸 ， 因 此在 结 构 设计 时 ， 在 节点 应力 集 中处 或 大体 积 混 凝 土 中沿 截面均 匀配 置细 、 密 的构 造钢 筋或钢 筋 网片 ， 可 提高 构件 的抗裂 能力 。施 工 方 面 ， 不 要过 分 强 调 加快 工 程进度 ， 不要 过分 追求水 泥 的早高强 ， 尤其 不要 不分 场合地 使用 早 强 型 ( R型 ) 水 泥 。在 混 凝 土 中考 虑 掺加 缓凝剂 和减水 剂 ， 降低水 灰 比 ， 适 当增加 粉煤灰 的用量 ， 减 少水泥 用量 。混凝 土振 实成 型后 ， 要 尽早 表面 覆盖 ， 加强养 护 ， 延 长 浇水 养护 时 间 ， 特 别 是 夏 季和 大风 天气 。 3 ) 矩形 水 池 是 污 水 处 理 工 程 中常 见 的水 处 理 设施 ， 它 的计算 也是水 工结 构 中最 基础 的计算 ， 因此 对 它的掌握 至关 重 要 。我 们 一 定要 计 算 准 确 无误 ， 确保 水池 的正 常使 用 。但 是 在 设计 过 程 中 ， 有 些设 计 人员 为设计 安全 的 目的 ， 常 常人为 加大池 壁 、 底 板 的厚 度 ， 或加大 构件截 面钢 筋 面积 ， 造 成不必 要 的浪 费 。所 以 ， 我们 在设 计 工 作 中要 一 方 面 确保 设 计 的 水 工构筑 物 的安全 性 ， 另 一方 面要节 约材料 ， 做 到实 用 、 经济 的双赢 。 参 考 文 献 1 给排水工程构筑物结构设计规范 ， G B 5 0 0 6 9 -2 0 0 2 2 混凝土结构设计规范 ， G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0