非規則曲線鋼料倉的設計

文/姜寧海、王雯 復地集團股份有限公司南京公司 江蘇南京 210000

非規則曲線鋼料倉的設計

文/姜寧海、王雯 復地集團股份有限公司南京公司 江蘇南京 210000

南京鋼鐵集團有限公司江邊料場地上料倉，其平面及立面布置均不規則，體形復雜，料倉豎向剖面為指數曲線,并且下料口偏心，給設計和施工提出課題。文章介紹不規則料倉的結構方案的思路及建模計算的方法，供同類結構設計時參考。

指數曲線料倉；不規則；改進；結構方案；計算模型；施工措施

1、工程概況

南京鋼鐵集團有限公司江邊一次料場三期工程是江邊一次料場中汽車卸料、雜礦處理系統，它擔負著汽車進廠原料的受卸、轉堆任務，以及公司內各生產廠生產的含鐵廢棄物和外購類似物的混合處理任務。它分為地下受礦槽和地上受礦槽兩部分，其中地上受礦槽設直供大料倉3個，幾何體積208m3，有效容積165 m3，最大儲礦Q=460t/倉。此料倉分上下兩部分，上部分水平剖面為矩形，下部分的橫截面為矩形豎剖面為指數曲線。另有6個小配料槽。設計均采用鋼結構。大料倉下料口下設帶式給料機，小料倉設圓盤給料機大小料倉下共用一條輸送皮帶機，為協調兩者的關系，大料倉下料的中心線向左偏心0.7m，小料倉的下料中心線向右偏心0.7m，因此大小料倉體形均不對稱，工藝的復雜性對鋼料倉結構設計帶來一定的難度。

2、工藝和結構相配合對料倉的進一步的改進

最初工藝提供的大料倉見圖1。設計時每側按上下兩塊雙向鋼板設計，而計算時，上下兩塊連接板的邊界條件無法確定。考慮簡支和固端都不合適，兩板連接處是料倉彎矩和變形最大的地方，為了能夠計算，想了很多方法，只有在上下兩板連接處設水平支撐，保證其點處為簡支點，有彎矩而沒有水平變形，把水平力傳給框架，但這樣以來，料倉的中部有許多水平桿，外觀上非常難看，與工藝商量，料倉的四面最好均為指數曲線的一塊整板，但按指數曲線公式計算下來圖形，有兩條曲線彎曲很大見圖2，料倉有一曲線角度小，不利下料，而且總貯存容量減少很多。為了解決這個問題，按料倉四角每一個邊的上口和下口連接的直線方程算出的水平長度加上料倉四角按指數曲線算出的水平長度和的一半得出一新的指數曲線方程，曲線變的平緩，改善下料角度并且料倉的體積也增大，經核算和原來工藝提的料倉的容積接近，通過這樣改進，結構受力明確，料倉的外形也美觀，經改進指數曲線方程為以下三個式子：

圖1 大料倉最初工藝

圖2 大料倉曲線類型

A-B軸 線 左 曲 線 X=(0.47+0.47e0.250439783y＋0.409411764y)/2

A-B軸 線 右 曲 線 X=(0.47+0.47e0.250439783y＋0.244705882y)/2

另外兩側為對稱的兩條指數曲線：

1－2軸線左右兩條曲線 X=e0.138665293y

料倉的原工藝圖，經兩次的改進，最終選擇圖2中曲線2方案，即直線與指數曲線折中的方案。

3、非規則大曲線鋼料倉的設計

3.1 結構方案

大料倉上口長7m，寬7m，下口長2m，寬0.96m，并且下口中心線偏上口中心線0.7m，料倉總高10m，為受力明確，沿料倉高度，在料倉的等距離位置設水平加勁肋，由于料倉是曲線料倉，斜板如設縱向加勁肋，給施工造成很大的困難，設計時減小水平加勁肋的間距和適當增加鋼板的厚度，使板不需要加縱向加勁肋就能滿足強度和變形的要求。本工程水平加勁肋間距650mm，厚度12mm，水平加勁肋采用角鋼肢尖與料倉焊接，保證施工時焊接為水平封閉環形箍。水平加勁肋之間的壁板按兩邊簡支的板計算，壁板單向受彎并承受斜向拉力；水平加勁肋除承受相鄰側壁傳來的水平拉力外，還承受壁板和垂直加勁肋傳來的法向荷載引起的彎矩。指數曲線料倉可分段按斗型鋼料倉計算貯料壓力、倉壁壓力，并取最大內力計算倉壁強度。計算某段斗倉內力時，該段斗倉以下各段貯料荷重和倉壁自重均作為吊掛在該段斗倉下口的吊掛荷載進行計算。

3.2 指數曲線鋼料倉的計算

3.2.1 漏斗壁任意深度處，作用于單位面積上的法向壓力標準值

3.3.2 水平加勁肋之間斜壁板的驗算

(1) 板的斜向拉力：Ni＝Nvi/sinαi

其 中 Q為 物 料 荷 載 見：Q=rV；V=anbnhn+hh((2an+a0)bn+(2a0+an)b0)/6

G計算截面以下漏斗自重＋斗口吊掛給料設備荷載，初步估算 矩形料倉：Gk＝0.1kN / m3xV

(2) 斜板的水平拉力

斜壁承受相鄰斜壁在貯料法向荷載和倉壁自重作用下對該壁產生的水平拉力：

(3) 斜壁所受的彎矩，可近似看為四邊固定板計算：

(4) 構件強度計算： N/A+M/rW≤f

3.2.3 料倉水平加勁肋的計算

(1) 水平加勁肋承受的水平荷載

(2) 水平加勁肋承受相鄰斜壁引起的水平拉力設計值

(3) 用力矩分配法求水平框架的跨中和支座彎矩

(4) 加勁肋的最大撓度

(5) 水平加勁肋強度

Nh/A+M/rW≤f

公式符號及意義見參考文獻1《貯倉結構設計手冊》

4 、計算成果

本工程大料倉設計從上到下共分五層，斜板和水平加勁肋的計算圖表略。

(1) 斜板計算結果表（略）

(2) 水平加勁肋的計算結果最大正應力發生在第二層 142kN/m2，剪應力均較小。三層到五層的結果小于一、二層。計算滿足要求。

結論：

工業建筑出現復雜結構情況較多,設計人員建立計算模型和受力簡圖是關鍵。本工程由于體形較特殊，結構計算模型較難選擇，要同工藝協調，在滿足工藝的情況下，合理建模，滿足設計的強度和剛度的要求，兼顧施工制作的便利。當受力復雜時，應在設計過程中加強構造措施來提高結構的安全性。本文介紹的這種特殊的料倉結構投入使用后情況良好。

[1]《貯倉結構設計手冊》中國建筑工業出版社1999.

姜寧海（身份證號：32010619681204165 6），1968年出生，男，民族漢，籍貫山東威海，本科，工程師，研究方向為鋼結構設計、結構改造、房地產業結構設計管理。曾任南京鋼鐵集團有限公司設計部土建室負責人，現任復地集團股份有限公司南京公司結構設計管理負責人。