密肋房式糧倉與傳統(tǒng)平房倉墻體結(jié)構(gòu)對比分析★

宋紅領(lǐng) 丁永剛 喬浩樂 邵 浩

(1.河南工大設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450001； 2.河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001)

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·結(jié)構(gòu)·抗震·

密肋房式糧倉與傳統(tǒng)平房倉墻體結(jié)構(gòu)對比分析★

宋紅領(lǐng)1丁永剛2喬浩樂1邵 浩2

(1.河南工大設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450001； 2.河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001)

對傳統(tǒng)糧食平房倉和密肋房式糧倉分別進(jìn)行了糧食側(cè)壓力荷載作用下的結(jié)構(gòu)計(jì)算，并對比分析了兩者的計(jì)算結(jié)果，研究表明，密肋房式糧倉墻體可較好地實(shí)現(xiàn)雙向受力和傳力，整體受力更加均勻，結(jié)構(gòu)性能更加優(yōu)良，同時(shí)也具有更大的剛度，更易于實(shí)現(xiàn)對變形的控制。

密肋房式糧倉，傳統(tǒng)糧食平房倉，結(jié)構(gòu)計(jì)算，受力分析

0 引言

墻體是房式糧倉重要的承重和圍護(hù)構(gòu)件，承受風(fēng)荷載及裝糧高度范圍內(nèi)的糧食側(cè)壓力等荷載作用。傳統(tǒng)的平房倉建筑大部分采用磚混結(jié)構(gòu)建造，由于糧倉建筑的儲(chǔ)糧功能要求及粘土磚在防潮、吸潮、保溫等方面獨(dú)特的優(yōu)勢，傳統(tǒng)平房倉多為燒結(jié)粘土磚砌筑砌體，其建設(shè)很大程度上取決于堆糧高度，當(dāng)堆糧高度較高時(shí)，墻體截面較厚，這同時(shí)也增加了上部結(jié)構(gòu)傳遞到地基基礎(chǔ)的豎向荷載[1]。

密肋房式糧倉墻體(如圖1所示)由密肋復(fù)合墻板與邊框柱、連接柱及暗梁組合而成，密肋復(fù)合墻板由截面及配筋較小的肋梁、肋柱組成的混凝土框格與其間的填充砌塊組成，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、裝配式施工[1,2]。本文就兩種儲(chǔ)糧倉體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，并進(jìn)行了對比分析。

1 傳統(tǒng)糧食平房倉墻體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

研究對象取散裝糧平房倉，結(jié)構(gòu)儲(chǔ)藏糧食為小麥，以國家糧食儲(chǔ)備庫的堆糧高度6.0 m為計(jì)算高度。墻體按照370 mm厚的燒結(jié)實(shí)心粘土磚墻考慮。

鋼筋混凝土構(gòu)造柱柱距6 m，墻體沿高度設(shè)置四道連梁，連梁中心高度分別為±0.0 m，1.2 m，1.5 m，3.3 m。因散堆糧荷載分布為三角形分布，從6 m高的儲(chǔ)糧線向下逐漸加大，在最底部倉壁所受荷載最大，計(jì)算模型如圖2所示，取L2和L3之間的墻體為研究對象。

糧食側(cè)壓力在倉壁上的傳遞方式是連梁間的砌體→連梁→構(gòu)造柱→地基基礎(chǔ)。其次，在豎直方向受到結(jié)構(gòu)自重以及糧食轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)產(chǎn)生對墻面的摩擦力，所以倉壁屬于壓彎構(gòu)件。因?yàn)榧Z食摩擦力整體較小，并且有利于倉壁的受力，所以可以按照受彎構(gòu)件計(jì)算[3]。取370 mm厚墻體兩相鄰連梁間1 m寬度的豎向條帶計(jì)算受力，圖3為平房倉砌體受力的計(jì)算簡圖。

根據(jù)糧食平房倉設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算相應(yīng)的糧食水平側(cè)壓力值并按Mmax≤fmW進(jìn)行受彎承載力校核，此時(shí)平房倉墻體設(shè)計(jì)滿足要求，且較為適宜。

2 密肋房式糧倉墻體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及對比

2.1 密肋房式糧倉墻體承載力計(jì)算分析及對比

目前尚無對密肋復(fù)合墻體在糧食荷載作用下的系統(tǒng)的計(jì)算分析方法，在此對其按以下方法進(jìn)行保守計(jì)算：把密肋復(fù)合墻板分為肋梁與肋柱構(gòu)成的密肋框格和填充砌塊兩個(gè)部分，不考慮密肋框格與填充砌塊之間的相互作用。實(shí)際上，由于受到水平荷載的作用，密肋框格和砌塊之間是相互促進(jìn)、協(xié)同作用的，這會(huì)在一定程度上增強(qiáng)其各自的承載能力。

取如圖4所示的密肋復(fù)合板進(jìn)行計(jì)算分析，墻板厚度為300 mm，填充砌塊采用蒸壓粉煤灰砌塊，混凝土強(qiáng)度等級為C30，肋梁、肋柱的截面尺寸均為150 mm×300 mm，計(jì)算糧食側(cè)壓力時(shí)沿倉房高度方向考慮兩塊墻板。按照彈性薄板計(jì)算填充砌塊的承載力，按照井字梁計(jì)算混凝土密肋框格的承載力[4]。

計(jì)算得混凝土密肋框格和砌塊在6 m高堆糧荷載的情況下，混凝土肋梁的最大彎矩設(shè)計(jì)值為11.12 kN·m，砌塊的最大彎矩設(shè)計(jì)值為0.71 kN·m，遠(yuǎn)小于同樣荷載條件下傳統(tǒng)平房倉磚砌體的最大彎矩設(shè)計(jì)值(2.57 kN·m)，對于經(jīng)常使用的MU10蒸壓粉煤灰混凝土砌塊(彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為0.24 MPa)，其抗彎承載力設(shè)計(jì)值為3.06 kN·m，是滿足承載力要求的。

密肋復(fù)合墻板在糧食荷載作用下，可較好地實(shí)現(xiàn)雙向受力和傳力，從上面的計(jì)算可以看出，密肋復(fù)合墻板和傳統(tǒng)平房倉倉壁在同樣的糧食荷載作用下，密肋復(fù)合墻板中蒸壓粉煤灰砌塊承受的彎矩要比傳統(tǒng)平房倉中的粘土磚墻體小很多；同時(shí)，通過肋梁、肋柱中鋼筋混凝土對荷載的分擔(dān)作用，使得密肋復(fù)合板的受力也更加均勻。

2.2 密肋房式糧倉墻體變形計(jì)算分析及對比

由于密肋復(fù)合墻板是由多種材料混合而成，而且鋼筋混凝土和砌塊是兩種性質(zhì)有鮮明差異的材料，如果要計(jì)算密肋復(fù)合墻體的彈性模量，就要采用較為合理的近似計(jì)算方法。由于在不同的建筑環(huán)境以及不同的試驗(yàn)?zāi)康南拢芾呖蚋竦拈g距不盡相同，所以鋼筋混凝土和砌塊的相對用量也就不同，并不能通過試驗(yàn)得到復(fù)合墻板整體確定的彈性模量值。因?yàn)榻M成它的兩種材料的力學(xué)性能相差太大，不能按照均質(zhì)墻體來計(jì)算。對此，通常可以采用面積等效法和復(fù)合材料法[5]。本文采用復(fù)合材料法計(jì)算密肋復(fù)合墻板彈性模量，進(jìn)而計(jì)算墻板的整體變形情況。根據(jù)復(fù)合材料法，密肋復(fù)合墻板的有效彈性模量可按下式計(jì)算：

Eq=ηVcEc+VmEm。

其中，Eq為密肋復(fù)合墻體有效彈性模量；Ec，Em分別為墻體中混凝土和砌塊的彈性模量；Vc，Vm分別為墻體中混凝土和砌塊的體積分?jǐn)?shù)；η為混凝土纖維修正系數(shù)，取η=0.7。

根據(jù)由上式計(jì)算的彈性模量，按照彈性薄板小撓度理論計(jì)算矩形板在糧食側(cè)壓力荷載作用下的變形最大值僅為0.066 5 mm，同等條件下370 mm厚磚砌體平房倉墻體的變形最大值為0.078 mm。由此可知，按照復(fù)合材料法近似把密肋復(fù)合墻體看作勻質(zhì)墻板進(jìn)行計(jì)算，與傳統(tǒng)平房倉中的磚砌體相比，在相同的邊界條件下密肋復(fù)合墻體有更大的剛度，整體產(chǎn)生變形比磚砌體要小。

3 結(jié)語

本文結(jié)合密肋房式糧倉與傳統(tǒng)糧食平房倉墻體結(jié)構(gòu)不同的材料組成和構(gòu)造，以傳統(tǒng)力學(xué)為手段，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算，明確了其各自的受力特點(diǎn)，并進(jìn)行了對比分析。研究表明，密肋房式糧倉墻體結(jié)構(gòu)可較好地實(shí)現(xiàn)雙向受力和傳力，整體受力更加均勻，在相同的邊界條件以及荷載作用下密肋復(fù)合墻板具有較大的承載力。同時(shí)，與傳統(tǒng)的平房倉中的磚砌體相比，密肋房式糧倉墻體也具有更大的剛度，更易于控制倉體變形。

[1] 安春輝.密肋房式糧倉在糧食側(cè)壓力作用下承力機(jī)理分析[D].鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，2015.

[2] 喬浩樂，丁永剛，邵 浩.傳統(tǒng)房式糧倉和密肋房式糧倉墻板有限元對比分析[J].山西建筑，2016，42(16)：21-23.

[3] 王振清.糧倉建筑基本理論與設(shè)計(jì)[M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2015.

[4] 姚 諫.建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算實(shí)用手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[5] 黃 煒，陳國新，姚謙峰，等.密肋壁板結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及靜力彈塑性反應(yīng)分析[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(5)：643-649.

Contrast analysis on the wall structural calculations of multi-ribbed house-style grain barn and traditional house-style barn★

Song Hongling1Ding Yonggang2Qiao Haole1Shao Hao2

(1.DesignandResearchAcademy,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China;2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China)

The structural calculations of traditional house-style grain barn and multi-ribbed house-style grain barn are carried out, and the two calculation results are contrasted and analyzed. The study shows that the multi-ribbed house-style grain barn can easily transfer load by two directions, which makes the whole structure suffer stress more evenly and its structure performance be more excellent. At the same time, the multi-ribbed house-style grain barn also has bigger rigidity, which makes it easier to control the deformation of structure.

multi-ribbed house-style grain barn, traditional house-style barn, structural calculation, load bearing analysis

1009-6825(2016)22-0038-02

2016-05-23★:國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：51208180)

宋紅領(lǐng)(1982- )，男，碩士，工程師

TU318

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