淺析圓形筒倉穩固性的影響因素及優化措施

李圣連

（中藍連海設計研究院有限公司，江蘇 連云港 222004）

1 工程概況

某混凝土圓形筒倉的總高度為 50 m，內徑為 18 m，筒壁厚為 700 mm，倉壁厚為 350mm，其中下部支撐結構(筒壁) 高為 10 m。近幾日，該筒倉倉壁于出現了鼓包、礦粉泄露的問題，隨后倉壁倒塌。相關工作人員通過現場檢測，得出結論：該工程存在較為嚴重的施工質量問題，這是導致倉壁倒塌的主要原因，其中質量問題主要指的是混凝土強度等級、搭接長度、環向鋼筋間距以及混凝土保護層厚度等方面，因其要求無法滿足施工圖規范。

2 筒倉結構的整體穩固性

由于局部的施工質量問題最終引發了筒倉結構倒塌的問題，實際工作過程中，筒倉結構出現撞擊、爆炸以及火災的概率約為 10-8～ 10-4；然而當前我國建筑市場環境并不樂觀，施工不當的問題屢屢出現，事故概率遠遠超過了火災、爆炸、撞擊發生的概率。像環向鋼筋間距和搭接長度不滿足規范要求便是施工不當的典型問題，一旦筒倉的唯一受力部件損傷，就會造成連續倒塌的后果。另外，在局部損傷的作用下，筒倉原來唯一的受力模式和傳力路徑也會受到影響，結構倒塌問題代表筒倉結構整體穩固性較差。

相關學者認為可以從以下幾方面來防止連續倒塌問題：采取措施來阻止偶然事件的發生；對于已經發生的偶然事件，要盡可能的避免局部損傷的出現；如果已經出現了局部損傷，需要防止損傷的擴大，通過提高關鍵構件承載力和延性、設置多個有效的備選傳力路徑和增加贅余構件等措施來提高結構的整體穩固性，同時改變結構的傳力路徑，保證結構的平衡性。

從另一個角度看，事故發生帶有不可預測性，鑒于這種特性，為了避免倒塌后所造成的嚴重損失嚴重和影響，工程技術人員可以從以下幾點著手：其一，在設計過程中，綜合考慮環向膜力、剪力、彎矩和扭矩，結合實際情況增加安全儲備，用以增強倉壁抗彎、抗扭承載力以及筒倉底部面外受彎承載力；其二，在施工過程中，工作人員要切實做好施工管理與監督工作，并將重點放在混凝土澆筑、環向鋼筋間距和環向鋼筋搭接長度等關鍵方面；其三，為了減少偶然作用下的局部損傷，工作人員可以選擇在筒倉的局部損傷區域圍箍鋼板或者預應力碳纖維板，以此來增強局部的抗壓力，盡可能的避免整體結構倒塌。

3 圓形筒倉的結構優化措施

3.1 筒倉結構的選擇

筒倉結構的選擇與筒倉的容量、截面形狀等因素有關。筒倉的容量大，筒壁承受的荷載也大，二者成線性關系。但當倉容相同時，筒倉的截面形狀又對筒壁的應力大小起著重要影響，因此，選擇筒倉結構時，還應考慮容量與截面形狀。火力發電廠輸煤筒倉通常為高架式貯倉其倉體結構常為圓形、半地下式貯倉。一般采用現澆鋼筋混凝土結構，建在地震區的高架式貯礦倉應優先采用倉壁落地支承或倉壁與內柱共同支承的結構形式。各工程在確定筒倉結構形式時，應視使用要求、地區條件、總圖布置、投資費用、貯量及貯料性質等因素，綜合而定。根據物料對壁作用力的不同，筒倉可分淺倉和深倉二大類。貯料計算高度與圓形倉內徑或矩形倉短邊之比不小于1.5 的貯礦倉為深倉，小于1.5 時稱淺倉。由于貯料與倉壁之間的摩擦作用會減小貯料倉壁及倉底的壓力，因此在計算貯料對倉壁的壓力時，應按深倉或淺倉分別計算。深倉應考慮上述摩擦作用，淺倉則可忽略。但當圓形貯礦倉的深度不小于15 米，直徑不小于12 米時，應同時按淺倉及深倉計算，取兩者中的大值。計算中應考慮結構自重、屋面及樓地面活荷載、設備荷載、貯料荷載和風荷載等作用的不利組合。在地震區，尚應考慮地震作用的影響。當裝料設備容量較大，一次裝料容積占貯礦倉總容積的比例較大時，應考慮貯料對倉壁的沖擊作用。

3.2 倉頂厚度優化

倉頂結構過厚不但造成材料浪費，而且過大的倉頂質量會提高筒倉結構的質心，增大筒倉剛度，提高筒倉自振頻率，加劇水平地震作用下倉頂位移，不利于筒倉結構的安全。為此對倉頂結構厚度進行優化，由2.0 米減為0.8 米。并筒倉倉頂設計成倒錐殼結構，采用 SILO 單獨計算倉頂配筋，減小倉壁計算高度，減小倉壁配筋量及混凝土用量。

3.3 倉體配筋優化

筒倉結構按承載能力極限狀態設計時，所有結構構件均應進行承載能力計算。當按正常使用極限狀態設計時，應根據使用要求控制筒倉的整體變形。筒倉結構構件應進行抗裂、裂縫寬度及受彎構件的撓度驗算。

4 結語

綜上所述，由于圓形筒倉結構的特殊性，筆者通過調查與分析，發現施工不當是造成筒倉連續倒塌的主要因素。為了使施工質量滿足工程規范要求，相關人員在今后的工作過程中，還要加強對圓形筒倉結構的研究，力求增強其整體穩固性，提高工程安全性。