钢筋混凝土矩形浅仓设计

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。