上海市浦东新区建设工程设计文件审查事务中心 上海 201204
摘要：以一座粮食筒仓工作塔为工程背景，对筒仓工作塔的结构设计进行详细介绍。由于目前国内筒仓工作塔的案例较少，针对筒仓工作塔竖向尺寸大、荷载复杂、内部工艺设备多等特点，从筒仓工作塔的主体结构选型、荷载取值、附加构件处理、抗震分析等几个方面进行了深入探索和研究，相关方法和思路可为类似的结构设计提供参考。
关键词：筒仓；工作塔；结构设计
在粮食筒仓项目中，工作塔和筒仓通常作为一个工艺布置整体，工作塔紧挨筒仓，主要功能为完成粮食储料的接受、取样、计量和发放，是筒仓储料的垂直运输和转运的核心枢纽。因此，工作塔的高度通常均较高，并且内部工艺设备较多，垂直和水平荷载位置复杂、荷载数值较大，这也决定了工作塔单体结构设计的复杂和繁琐。
一、工程概况
本筒仓工作塔平面尺寸19.3mx41.8m，主屋面高度61.2m，楼层数10层。北侧局部楼层出屋面，出屋面层数为2层，出屋面的高度为12m，其平面和剖面见图1和图2。
二、 结构选型及构件平面布置
在满足各楼层设备布置和楼面开洞的前提下，结构在横向方向共设4列柱轴线，从左至右各轴线间间距分别为3.6m、4.5m和10.5m，左侧为楼梯间轴线，框架梁不连续。纵向方向共6根轴线，自下而上各轴线间距分别为7.0m、10.0m、5.0m、9.5m和9.5m。筒仓工作塔各主要楼层层高为4.5~7.0m，局部出屋面两层层高分别为9.5m和4.5m。在四层楼面北侧的E~F轴线间，根据工艺布置需要设置混凝土称上斗，平面尺寸为6.3mx9.0m，高度同层高。
工程主体结构采用混凝土框架-剪力墙结构体系，剪力墙顶部至主屋面，北侧局部出屋面采用框架结构。为了满足各楼层工艺设备布置和各层进出设备在墙面开洞的要求，以及考虑到设备在安装和检修时在各楼面的灵活移动，剪力墙仅布置在1~3轴线间的四个角点，剪力墙上下各楼层对齐，各墙肢长度满足所有楼层的墙面开洞要求，某些剪力墙端部与墙面洞口边齐平。剪力墙厚度沿高度方向收进一次，其中一~四层剪力墙厚度为400mm，五~十层剪力墙厚度为300mm。框架柱截面尺寸在高度方向也收进一次，为避免层刚度和楼层抗剪承载力发生突变，框架柱截面收进位置放置在第六层，与剪力墙厚度改变楼层相差一层。在混凝土强度等级选取上，根据结构模型的初算结果，底部两层混凝土强度等级采用C40，三层及以上全用C35。各标准层主要构件尺寸及材料见下表：
二、活荷载取值
根据《粮食立筒库设计规范》要求，工作塔楼面活荷载应按设备配置的实际情况考虑；当按等效均布活荷载考虑时，不应小于4.0kN/m2。所以，对工艺专业无特别要求的各楼面，楼面活荷载取4.0kN/m2。对需要考虑设备临时搁置，以及需要考虑物料堆积的楼面，活荷载标准值按工艺要求取值。对工艺设备，设备自重按恒载输入，并考虑设备运行的动载系数1.3，物料自重及皮带机张力等运行荷载按活荷载输入，动载系数取1.5(运行时振动大的部位，动载系数取2.0)。对无特别要求的屋面，活荷载按《建筑结构荷载规范》取值，主屋面按上人屋面取2.0kN/m2，局部突出的小屋面按不上人屋面取0.5 kN/m2。
为了能更接近实际的工作状态，在结构设计中，楼面活荷载及设备荷载按两种工况进行输入：(1)楼面活荷载取最大可能发生的活荷载，设备荷载及皮带机等运行张力不考虑；(2)楼面活荷载统一取4.0kN/m2，设备荷载及皮带机等运行张力按实际情况输入。楼板按（1）计算结果进行配筋，框架梁、柱和剪力墙按（2）计算结果进行配筋，楼面次梁按两个工况不利结果进行配筋，上部结构整体指标，如周期、位移比、层间位移比等取（2）模型结果。
三、混凝土仓处理
本工程在四层楼面北侧的E~F轴线间设置混凝土称上斗，平面尺寸为6.3mx9.0m，高度同层高。按称上斗单独受力结果分析，斗壁厚度为250mm。如果称上斗侧壁与本层上下层的框架梁柱整体浇筑施工，整体模型中则需要考虑称上斗的实际作用，需要在模型中建入侧壁。由于称上斗平面尺寸较大，且位置处在平面的端部，按实际输入后，斗壁的作用与剪力墙相同，必然会引起整体计算模型的不规则性，也容易使作用荷载过分集中。为了避免这种情况发生，应采取构造措施使称上斗斗壁与主体结构脱离开，不参与主体结构的抗侧力体系。
在本工程的结构设计中，斗壁下侧沿周边设置抗剪键，抗剪键搁置在本层楼面的楼面梁上，斗壁在主体框架结构浇筑完毕后再浇筑，从而使斗壁与支撑梁间仅存在竖向传力关系，不构成共同抵抗水平向力的关系。为了防止称上斗发生晃动，顶部与上一层楼面构件发生碰撞，因此，在称上斗顶部沿周边设置连接件与周边相邻的楼面构件进行拉结。称上斗底面和顶面的连接构造见图3、图4所示：
对于称上斗侧壁设计，可将称上斗作为独立结构单独考虑。
四、计算分析结果
本工程抗震设防烈度为7度、设计基本地震加速度0.10g，场地类别为Ⅱ类、建筑抗震设防类别为标准设防（丙）类、抗震等级：砼框架二级，剪力墙二级。考虑双向地震和5%偶然偏心影响，上部主体结构采用SATWE进行设计计算，剪力墙底部加强部位为底部两层，风荷载按基本风压的1.1倍采用。
在规定水平力作用下，底层框架部分承受的地震倾覆力矩百分比为：X方向34.78%，Y方向45.91%，两个方向均在10%~50%，因此，上部结构按框架-剪力墙结构进行分析是合适的。上部结构周期计算采用总刚分析方法，前三阵型计算结果如表2所示。
从表3、表4可以看出，上部结构的竖向规则性比较理想，各项指标值均满足相关规范中的规则性要求。
五、小结
本文以实际工程项目（粮食筒仓工作塔）的设计和分析为基础，详细介绍了筒仓工作塔结构中上部主体结构类型选取、主要受力构件平面和竖向布置、荷载取值、附加构件的处理等方面的内容，实现了筒仓工作塔结构设计方法的探讨，并列出了地震荷载和风载作用下主体结构模型的主要计算结果。希望本文的设计方法能抛砖引玉，引起设计同仁的兴趣，共同将这一类型的建筑设计得更安全、更经济、更合理。
参考文献
(1)《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)(2016年版)，中国建筑工业出版社，2016.
(2)《粮食立筒库设计规范》(LS 8001-2007)，国家标准出版社，2008.
(3)《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)，中国建筑工业出版社，2012.
(4)《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)，国家标准出版社，2010.
论文作者:任红梅
论文发表刊物:《防护工程》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/12
标签：荷载论文; 筒仓论文; 楼面论文; 屋面论文; 结构论文; 工作论文; 轴线论文; 《防护工程》2017年第10期论文;