汽車接收發放站的設計

◎ 姚章堂，杜 琳，劉小培

（1.中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053；2.機械工業第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007）

汽車接收發放站是糧庫建設中常見的一種糧食輸送中轉設施，配合卸糧坑、斗提機接收和發放糧食。該結構上部為矩形筒倉，下部為框架，上剛下柔，頭重腳輕，結構極其不規則，基本無法滿足《建筑抗震設計規范》[1]對剛度比、質量比、受剪承載力等的要求。考慮到該建筑上人極少，可將其視為構筑物，滿足《構筑物抗震設計規范》[2]的要求。本文通過汽車接收發放站設計工程實例，闡述如何利用PKPM程序選取設計參數、控制指標，從而使結構滿足構筑物抗震設計的具體要求。

1 工程概況

某糧食儲備庫一汽車接收發放站，結構形式為底部2層框架，層高6 m，上部18.7 m高的單排矩形筒倉，單倉倉容為450 t，共2倉，平面尺寸5.0 m×12.0 m，平面及剖面如圖1所示。該構筑物所在地區的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度0.10 g，設計地震分組：第一組；場地類別：II類。

圖1 卸糧坑的平面及剖面圖

2 結構選型

根據《構筑物抗震設計規范》6.1.2條規定，結構形式為設筒倉的框架結構，抗震等級為二級，彈性層間位移角限值為1/650，柱軸壓比限值為0.7。一層、二層支承筒倉豎壁的框架柱截面為650 mm×750 mm，筒倉角部柱截面為500 mm×500 mm；一層框架梁截面300 mm×700 mm，二層框架梁截面400 mm×800 mm，倉壁厚為320 mm；一層板厚為120 mm，二層等效板厚為250 mm，倉頂板厚為120 mm。梁、板、柱截面尺寸如圖2所示。

圖2 結構平面布置圖

3 荷載計算

（1）永久荷載。包括承重結構自重、填充墻自重（250 mm加氣砼砌塊）及樓面裝飾材料自重。一層樓面裝飾材料自重為1.5 kN/m2，二層樓面裝飾材料自重為1.0 kN/m2，倉頂屋面裝飾材料自重為3.5 kN/m2。

（2）可變荷載。一層樓面等效活荷載為4.0 kN/m2；二層樓面貯料（小麥）荷載按照《鋼筋混凝土筒倉設計規范》[3]4.2.2條中式4.2.2-2計算：

頂層屋面等效活荷載為5.0 kN/m2。

（3）地震作用。根據《鋼筋混凝土筒倉設計規范》4.1.8條和《構筑物抗震設計規范》6.2.5條，設有筒倉的框架結構計算水平地震作用時，貯料重力荷載代表值的組合系數取0.9，重心取貯料總重的中心。根據《構筑物抗震設計規范》6.2.2條5款要求，貯料荷載應分配給縱向和橫向豎壁上，按《鋼筋混凝土筒倉設計規范》4.2.2 條式 4.2.2-8 計算，pf=ρ[γs-γρ(1-e-μks/ρ)/μk]=122kN/m；因此，在PKPM模型中，將60 kN/m2貯料面荷載加載在二層樓面，122 kN/m貯料線荷載加載在倉頂墻壁上。

4 PKPM模型中設計參數選取

（1）周期折減系數。《構筑物抗震設計規范》6.2.2條7款，計算的結構自振周期應乘以0.8～0.9的周期調整系數，考慮填充墻采用砌塊砌筑，周期折減系數取為0.9。

（2）分項系數。《鋼筋混凝土筒倉設計規范》4.1.5條及4.1.6條規定，永久荷載的分項系數為1.2，貯料荷載分項系數為1.3，標準值大于等于4 kN/m2的樓面活荷載分項系數為1.3，因此，永久荷載分項系數取1.2，可變荷載分項系數取1.3。4.1.9條規定，計算水平地震作用效應時，地震作用分項系數應取1.3。

（3）組合系數。《鋼筋混凝土筒倉設計規范》4.1.7.條規定，樓面活荷載的組合系數為0.7，貯料荷載組合系數為0.9，因此，在PKPM模型中進行整體計算時，可變荷載的組合系數建議統一取為0.9。

（4）柱端彎矩增大系數。比較《構筑物抗震設計規范》6.2.6條、6.2.7條與《建筑抗震設計規范》6.2.2條、6.2.3條可知，兩者增大系數一致，考慮該結構為轉換結構，結構形式不規則，將底部兩層框架柱按《建筑抗震設計規范》6.3.7條及6.3.9條規定的轉換柱的構造要求進行配筋。《構筑物抗震設計規范》6.2.12條規定，支承筒倉豎壁的框架柱組合彎矩及剪力設計值應乘以不小于1.1的增大系數，而《建筑抗震設計規范》6.2.6條僅規定角柱的組合彎矩、剪力設計值乘以1.1的增大系數，因此，在模型中應將底部兩層柱全部定義為角柱以滿足《構筑物抗震設計規范》6.2.12條的要求。

5 控制參數

（1）軸壓比。《構筑物抗震設計規范》6.3.6條規定支承筒倉豎壁的框架柱，抗震等級為二級時，其軸壓比限制μN=0.7。PKPM計算結果如圖3所示，底層柱最大軸壓比為0.64，滿足規范要求。

圖3 底層柱軸壓比及長細比圖

（2）周期比。參見《建筑抗震設計規范》3.4.1條文說明，扭轉周期比大于0.9的結構屬于特別不規則，因此，應嚴格控制結構的扭轉周期比不超0.9，以保證結構有足夠的抗扭剛度。PKPM計算結果如表1所示，扭轉周期比為0.739，滿足規范要求。

表1 各個振型周期及扭轉系數表

（3）位移比。《構筑物抗震設計規范》6.2.26條規定支承筒倉豎壁的框架結構，層間彈性位移角限制為1/650，相比一般框架結構較嚴。PKPM計算結果顯示，X方向最大彈性層間位移比為1/1036，Y方向最大彈性層間位移比為1/1022，滿足規范要求。

（4）剪重比、剛重比。根據《構筑物抗震設計規范》3.5.3條規定，當結構在地震作用下的重力附加彎矩大于初始彎矩的10%時，應計入重力二階效應的影響；5.2.5條規定任一樓層的水平地震剪力應滿足式5.2.5的要求。

（5）剛度比、層間受剪承載力之比。根據《構筑抗震設計規范》3.4.6條及3.4.7條規定，當下部樓層與上部樓層剛度比小于0.7，下部樓層與上部樓層受剪承載力比小于1.0且大于0.65時，下部樓層地震剪力應放大1.25倍。因此，該結構下部兩層的地震剪力應乘以1.25的放大系數。

6 構造要求

（1）箍筋要求。《構筑物抗震設計規范》6.3.9條規定，支承筒倉豎壁的框架柱箍筋應全高加密，結構二層為轉換層，建議將下部2層框架柱按照框支柱的構造要求進行箍筋設計。

（2）倉壁角部和倉壁頂部暗梁構造措施。《構筑物抗震設計規范》9.1.3條規定，支承筒倉豎壁的框架柱應伸至倉頂，并應與倉壁整體連接，角部構造加強做法如圖4所示。建議在倉壁頂部設置封閉暗梁，以方便倉頂梁、板的鋼筋綁扎施工。

圖4 角部加強圖

7 結語

①與一般框架結構相比，支承筒倉豎壁的框架結構，抗震等級有所提高，相應的抗震計算及抗震構造措施應提高。②相同抗震等級的支承筒倉豎壁的框架柱相比普通框架柱內力放大1.1倍。③該結構上部矩形筒倉，下部框架，上剛下柔，頭重腳輕，且二層為轉換層，因此，底部2層柱應按框支柱的要求進行配筋設計。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50011-2010 建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50191-2012構筑物抗震設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]中華人民共和國建設部. GB 50077-2003 鋼筋混凝土筒倉設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.