礦山鋼筋混凝土礦倉結構設計初探

蔡繼慶

天津礦山工程有限公司

礦山鋼筋混凝土礦倉結構設計初探

蔡繼慶

天津礦山工程有限公司

筒倉是用來貯存散體物料的一種理想的常用倉型，它占地面積小，倉容量大，便于機械化作業，在滿足工藝要求的前提下，設計出安全經濟合理的鋼筋混凝土礦倉是設計師追求的目標。礦倉的受力十分復雜，設計時還要考慮工藝設備條件的影響，因此進一步加強對其的研究非常有必要。基于此本文分析了礦山鋼筋混凝土礦倉結構設計。

礦山；鋼筋混凝土；礦倉；結構設計

1 、概述

就目前的情況來看，筒倉結構的投資在整個礦業地面建筑中所占比重業相對較大。因此，筒倉結構設計的技術與經濟合理性顯得尤為重要。作為工程設計人員更應該具備一定的手算能力，從而提高設計水平。

2 、工程概況

礦倉是冶金工業中必不可少的一種短期貯存生產散料的構筑物。篩分車間的礦料通過膠帶廊運送至礦倉的倉頂進料口，短時貯存后經過倉底卸料，再由膠帶廊運至磨選車間進行加工。本工程位于我國某礦山，礦倉內徑12m，地面標高3.5m，倉底標高8.5m，倉頂標高24.5m。倉頂有高度6.7m的圓形建筑。貯料為金礦石散料，松散密度1.65t/m3，礦石粒度12mm。該區地震烈度9度，場地類別按二類考慮。礦倉剖面如圖1所示。

圖1 礦倉剖面

3 、礦山鋼筋混凝土礦倉結構設計

3.1 結構選型。

3.1.1 基礎。本工程地基持力層位于碎石土層，根據荷載情況及上部結構綜合分析確定采用筏板基礎。在水平地震力作用下，筏板基礎與地基能較好地協同工作，改善整個體系的受力特性。

3.1.2 倉下。支承筒倉倉下支承通常有：柱支承、筒壁支承、筒壁與內柱共同支承等形式。圓筒型筒倉重心較高，且貯料較重。震害研究表明：9度區，22%的柱承式筒倉倒塌，這是因為柱頭部位剛度發生突變，應力集中所致，在9度區一般不選用柱承式筒倉。在礦倉的筒壁上設置膠帶廊通過的洞口，寬度3m，在洞口兩側設置扶壁柱以增加筒壁的支承剛度，所以本礦倉采用筒壁加壁柱支承形式。設計礦倉時要考慮水平和豎向地震作用。作為倉下支承的筒壁需要承受較大的軸向力、剪力和彎矩，且受力較為復雜。筒壁要配置雙層鋼筋。豎向和環向鋼筋的總配筋率均不宜小于0.4%，內外層鋼筋設置拉筋，間距不宜大于500mm。根據《鋼筋混凝土筒倉規范》，直徑小于等于15m的筒倉，倉壁壁厚t=Dn/100+100。礦倉內徑Dn=12000mm，t=12000/100+100=220＞200mm。根據裂縫演算，最終確定倉壁厚度400mm。

筒壁上設有門及窗，門洞及窗洞寬度均應大于1m。洞口短邊大于1m處，除應計算洞口邊緣的應力外，還需演算洞口角點的集中應力。洞口集中應力可采用洞口邊緣應力的3～4倍。

3.1.3 倉壁。直接承受貯料水平壓力的豎壁。

3.1.4 倉底。直接承受貯料的垂直壓力。應綜合考慮：(1)卸料暢通;(2)荷載傳遞明確，結構受力合理;(3)造型簡單，施工方便;(4)填料較少。倉底形式最常用有整體連接型式和非整體連接型式。整體連接。倉底與倉壁整體澆筑，整體性較好，但不利于滑模施工，計算較復雜。非整體連接——倉底與倉壁分開布置，倉底通過邊梁(或環梁)支承于筒壁壁柱上，也可與倉壁完全脫開，簡化了計算，便于滑模施工。

3.1.5 倉頂。鋼筋混凝土圓形筒倉的倉頂可采用梁板結構，當dn≥15m時可采用鋼筋混凝土正截錐殼、正截球殼等結構形式。

3.1.6 倉上建筑物。倉頂以上建筑物，有單層或兩層以上的廠房，一般布置有送料設備以及除塵設備等。

3.2 荷載

筒倉結構設計時，應考慮下列荷載。(1)永久荷載：結構自重、其他構件及固定設備施加在倉上的作用力、預應力、土壓力、填料及環境溫度作用等。(2)可變荷載：平臺及樓面活荷載、貯料荷載、倉頂屋面活荷載、屋面風雪荷載、可移動設備荷載、固定設備中的活荷載及設備安裝荷載、積灰荷載、筒倉外部的堆料荷載以及管道輸送產生的正、負壓力等。(3)風荷載：風荷載計算時，風載體形系數，對圓形單倉的倉壁和筒壁采用0.6，對矩形倉和倉壁相連的群倉采用1.3。(4)地震荷載：地震水平力計算時，取貯料總重的80%作為貯料的有效重量，而重心仍取滿倉時的貯料總重的重心。

3.3 承載能力極限狀態計算

對鋼筋混凝土筒倉承載能力極限狀態計算應采用荷載效應基本組合的設計值，其荷載分項系數(γg)按下列規定選用：結構自重：1.2;貯料荷載：1.3;樓面及平臺活荷載：1.3(標準值＞4KN/m2);屋面活荷載：取1.4;雪荷載：1.4;風荷載：1.4;地震作用：1.3。

3.4 變形驗算與抗裂驗算

對鋼筋混凝土筒倉正常使用極限狀態下的變形驗算及抗裂驗算，應采用荷載效應的標準組合。應按《筒規》和相關工藝要求的規定采用，各荷載均取荷載效應標準值。

總之，我們設計者在鋼筋混凝土筒倉的結構設計中，在貫徹執行國家技術經濟政策前提下，做到技術先進、安全適用、經濟合理、確保質量是非常必要的。

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