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摘要：筒仓结构具有容量大、占地少、卸料方便等优点，在输储煤工程中深受欢迎，通过实际工程简述钢筋混凝土筒仓的计算过程，总结钢筋混凝土筒仓设计、施工中遇到的问题，提出改进的方向。
关键词：筒仓 计算 钢结构 改进
1筒仓设计流程
钢筋混凝土筒仓经常用于工业贮料贮存，但由于结构较为复杂，计算前需要明确筒仓的受力构件的设计思路；筒仓主要由基础、支撑立柱、漏斗、筒壁、仓壁、仓顶环梁锥壳、仓上构筑物等部分组成。根据《钢筋混凝土筒仓设计规范》（GB50077-2017）,筒仓设计分为深仓和浅仓，筒仓内贮聊计算高度Ho与圆形筒仓内径dn或矩形筒仓的短边bn之比大于或等于1.5时为深仓，小于1.5时为浅仓。浅仓与深仓的计算方法存在比较大的差异，正确的划分深浅仓为筒仓计算的重要一步。
荷载
筒仓结构上的荷载作用应分为下列三类:
1、永久荷载:结构自重、其他构件及固定设备施加在仓体上的恒定作用力、预应力、土压力、填料及温度作用等；
其中温度作用也划分到永久荷载，钢筋混凝土筒仓，特别是大筒仓的温度效应，
尽管温度在不断变化,但作为筒仓壁计算应力时，注重的是一个大值，因此，亦可视为是一个恒载。
2、可变荷载:贮料荷载、楼面活荷载、屋面活荷裁、雪荷载、风荷载、可移动设备荷载、固定设备中的物料荷载及设备安装荷载、积灰荷载、筒仓外部地面的堆料荷载及管道输送产生的正、负压力等；
3、地震作用。
计算筒仓水平地震作用及其自振周期时，可取贮料总重的80% 作为贮料重力荷载的代表值，重心应取其总重的中心。
1.2 筒仓构件计算：
仓上建筑物位于筒仓的最上部，现有条件下将其与筒仓整体计算尚有难度的情况下，往往将其作为一个独立的构筑物在结构软件输入；此时风荷载及地震做用的输入均需重新修正。风荷载需要考虑风压高度变化系数及风振系数的影响。地震作用根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第5.2.4条进行抗震验算时，需要考虑地震作用的放大即：采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3；根据《钢筋混凝土筒仓设计规范》（GB 50077-2017）第5.1.6条：
1、筒壁支承的仓上建筑物的地震作用增大系数可采用4.0；
2、柱支承的仓上建筑物的地震作用增大系数，可根据仓上建筑物计算层的侧移刚度与其支承结构的侧移刚度比h 及仓体与仓上建筑物计算层的质量比M 选用；
表1 柱支承的仓上建筑物的地震作用增大系数
注：k 为支承结构的侧移刚度与仓上建筑物计算层的层间侧移刚度比；M为仓体质量、贮料质量与仓上建筑物计算层的质量比。
3、仓上建筑物增大的地震作用效应，可不向下部结构传递。
仓顶锥壳需要考虑仓上构筑物及仓顶建筑物底层屋面板的重量等，主要以径向力和环向力为主，仓顶环梁以受拉为主，钢筋数量的配置需要满足强度及裂缝要求。
仓壁的设计也是筒仓设计的重要的环节。首先根据规范标准，判定筒仓为深仓还是浅仓。仓壁主要承受上部结构竖向压力及贮料对仓壁的压力。仓壁的混凝土承受主要竖向压力，因此竖向钢筋可按构造配筋。贮料对仓壁的环向压力可等效为仓壁截面的拉力，此时需要计算配筋及验算裂缝。由于贮料对仓壁的压力随高度的呈线性变化，因此仓壁的配筋可根据高度的变化而变化，达到最大化利用钢筋的目的。仓壁计算时，除考虑贮料产生的水平环向力外，尚需考虑内部堆煤产生的温度与外部温差产生的温度作用的影响，也按筒仓规范将温度作用折算成环向力，与贮料产生的环向力进行叠加计算。
漏斗的型式往往取决于所采购的给煤机的型号及台数。以扬子石化的单喷嘴冷壁式粉煤加压气化工业化示范装置项目为例，所采用漏斗型式为四漏斗开口。每个漏斗可单独计算，漏斗作为贮煤的最底部直接承受构件，承受较大的平行于漏斗斜向切向力和垂直于漏斗法向力，按三边嵌固的板进行计算。
支撑立柱与筒壁作为传递到基础的最后受力构件。竖向力的传递，支撑立柱主要承担贮料及漏斗的重量，筒壁承担仓壁及上部结构自重。水平力的传递，支撑立柱与筒壁的按线刚度进行力的分配。
深仓荷载一般较大，对于地基为基岩等较好的地基，基础可采用环形基础，或独立柱基；其它情况，可考虑采用圆形基础、壳体基础，整片筏基，箱基等，中间不设柱的圆板基础可将基础板挑出筒外适当长度以减少筒仓基础中部的弯矩，基础板悬挑部分的厚度应使混凝土能满足抗剪要求。当采用天然地基不能满足设计要求时，可果用强夯、换填、桩基等方式处理。
1.2注意事项
筒仓的设计不仅需要满足受力的要求，构造要求如洞口加强，最小配筋率等做为计算的补充，同样需要满足规范要求；如筒仓的仓壁、筒壁在同一区段的受力主筋，应双向、对称、均匀布置在仓壁、筒壁的内外侧；除深梁的集中配筋、工作平台楼板梁的配筋外，筒仓的仓壁、筒壁严禁采用并筋的形式配置受力主筋。
施工工艺对筒仓设计的制约同样也许引起重视。筒仓仓壁由于检测需要预埋套管，且仓壁两端各伸出一段距离。仓壁施工工艺为滑模施工，施工工艺不允许在仓壁外伸出套管。采用大管套小管的方法，小管为作为预埋检测套管的方式可解决此问题。
筒仓对基础地基的承载力及变形要求较高，基础地基计算承载力及变形计算应采用标准组合；在工艺设计没有特殊要求的前提下，筒仓的平均沉降量不应大于200mm ，倾斜率不应大于0.004；筒仓建成后、投入运营前，不应再利用贮料的重力荷载进行分阶段的预压地基。
筒仓改进方向
筒仓结构繁琐，施工难度较大。在保证筒仓质量的前提下，提出优化的设计方法，降低筒仓施工难度及整体造价，也是不断探索的一个方向。
1、钢筋混凝土筒仓结构则具有刚度较大、耗钢量较少、材料的耗费低、防火性能好等优点。但较高的混凝土结构比如仓顶环梁锥壳及仓顶构筑物对施工造成困难，且施工费用大、周期长。仓顶环梁锥壳及仓顶构筑物可作为优化的重点进行考虑，将仓顶环梁锥壳及仓顶构筑物设计为钢结构不失为一个好的方法。此时的重点为解决好钢环梁与混凝土的连接方式。通过改进可减轻结构自重，降低施工难度和费用。
2、漏斗部分，由于卸煤需要，漏斗顶面延伸至仓壁部分与漏斗支撑结构下面形成较大空间，以往工程中常用的做法为：高炉水渣：粘土=4：1填实。具体施工时常有因高炉水渣难以采购，采用混凝土代替的案例。采用混凝土进行填实，成本上升，且对结构产生不利影响。漏斗顶面延伸至仓壁部分与漏斗支撑结构下面采用混凝土墙进行布置，延伸面重量通过混凝土墙体传递至底部支撑体系。不仅可以节省材料，同时也减轻了结构自重。
结论：
钢筋混凝土筒仓的设计首先需要明确筒仓的各受力构件的作用，将繁琐的结构进行分解，并适当的简化，使复杂的设计变得简单。钢筋混凝土筒仓作为工业中常用的贮料工具，在施工、使用过程中也不断暴露出问题，如何解决问题、优化设计也应该是工程人员不断追求的方向。
参考文献：
[1] 《钢筋混凝土筒仓设计规范》 （GB50077-2017）中国计划出版社
[2] 《建筑抗震设计规范》 （GB 50011-2010）（2015年版）中国建筑工业出版社
[3] 《钢筋混凝土设计规范》 （GB 50009-2012）（2015年版）中国建筑工业出版社
论文作者:郑家凯
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/8
标签：筒仓论文; 荷载论文; 漏斗论文; 钢筋混凝土论文; 结构论文; 作用论文; 建筑物论文; 《防护工程》2018年第36期论文;