大直徑鋼筋混凝土筒倉設計要點分析

趙偉

摘 ? ?要：大型存儲物料的鋼筋混凝土筒倉，根據儲料進、出料工藝要求，合理確定倉直徑、高度及倉底板結構布置;同時給出異形底板、基礎底板及倉頂在設計計算時的要點及它們之間的相互關系。最后，借助巖土有限元軟件分析，總結大型倉基樁的受力及變形特點。

關鍵詞： 異形底板;變形協調;巖土有限元;基樁;內力分布

1 ?倉幾何參數

根據工藝要求，倉外形尺寸為內直徑25m，倉頂高度50m;倉內底板高度8.8m，底板下內筒直徑為9m;倉頂由于有下料平臺且跨度較大，倉頂采用鋼桁架結構體系。

2 ?設計計算要點

2.1 ?倉基礎：樁筏底板

根據倉內所有的構件自重包括埋深范圍內的土中重量計算樁的數量，同時適當考慮水平荷載對樁數的影響，由《建筑樁基技術規范》式5.1.1-2可知：計算地震荷載彎矩Nekmax<1.5Ra。

這里值得注意一下，由《筒倉設計規范》第4.1.8條：計算筒倉水平地震作用及其自振周期時，可取貯料總重80%作為貯料有效質量的代表值，重心取其總重的中心。

實際上：由《構筑物抗震規范》第4.5.1條第4.2.1條1款內容，可知：滿足上部結構不驗算地震作用的筒倉和7，8，9度基礎下無軟弱粘性土和液化土層的倉可不進行基礎（樁基）的地震承載力計算。

最后計算出的樁的數量布置一定上遵循內密外疏（內強外弱）的原則。內密外疏的原則主要是考慮土，樁，承臺之間的相互作用后，使地基土對上部結構產生內弱外強的剛度變化，為減小中間變形大，外圍變形小的趨勢而設置。所以，中間區域樁密，外圍區域間距適當減小。

承臺底板的設計主要是確定厚度和底板鋼筋：根據《給水排水工程結構設計手冊》力學表格和內外筒支撐的受力模型，求出底板每一處的彎矩值。

基礎底板鋼筋配置時，保證徑向鋼筋擺放在最外邊緣，保證受力高度;由鋼筋面積導出的鋼筋直徑和間距一定要在承臺內一層放得下，這個一定要驗算一下。否則施工時會放2～3層就不好了，如果放不下則應稍加大底板厚度。

2.2 ?倉底板設計：內外圓板

這部分設計的關鍵就是確定內筒的直徑和壁柱的位置。確定原則：先中心圓板按環梁周邊是固定邊的計算模型計算出邊緣彎矩M1，同時跨中彎矩Mo。再異形板（梯形）靠近中心圓板的邊由有限元板計算出的彎矩M2。同時，由內力和變形協調條件，可知最終的板邊負彎矩為（M1+M2）/2。最終負彎矩與圓板跨中正彎矩相等來調節內筒的位置，同時壁柱要均勻，滿足工藝條件進出口的最小尺寸要求。

需要注意的是這個內筒的直徑確定后，它的尺寸也會影響到前面說到的底板的彎矩計算結果。要反復計算比較后找出一個最優化的直徑值。

2.3 ?筒壁和倉壁

倉壁厚度由《筒倉設計規范》中相應的規定給出：

直徑等于或小于15m的圓形筒倉倉壁厚度：

t=dn/100+100

直徑大于15m了不能使用經驗公式，得由抗裂軸心受拉計算公式計算出。

這里需要指出的是在判別深倉與淺倉時用到的高度hn是從堆料頂部算起，

對于倉的hn就是從底板上的輕質斜坡骨料頂部算起的，不是從倉底板頂面算起。如果hn/dn=1.5時，也就是筒倉倉頂標高是50米的時候，出現深倉和淺倉的分界點，規范給出要分別按深倉公式和淺倉公式計算水平貯料壓力，二者取大值。筒壁一般是按構造配筋，為滿足筒壁層的剛度和承載力比倉壁層大，筒壁比倉要厚100mm～150mm。

2.4 ?倉頂結構

倉頂結構主要包括：倉頂小房，溜槽鋼架平臺，皮帶機等系列設備基礎，風機基礎。

倉頂小房及溜槽平臺應進行抗震驗算。建筑抗震設防分類應按筒倉的使用功能由工藝專業確定，但不應低于丙類。當倉壁與倉底整體連接時，倉壁、倉底可不進行抗震驗算。筒壁支撐的筒倉倉上建筑地震作用增大系數可取4.0。柱支撐的筒倉倉上建筑地震作用增大系數，可根據倉上建筑計算層結構剛度與倉體及倉上建筑計算層質量比的具體條件，按《構筑物抗震規范》表5.1.7采用。倉上建筑增大的地震作用效應不應向下部結構傳遞。

2.5 ?倉與邊坡穩定的相互影響。

此類問題曾采用巖土有限元分析軟件PLAXIS【1】，建立倉基礎及其附近邊坡的數值模型，考慮了基樁、抗滑樁及樁間擋墻、地質土層、邊坡研究對象在不同工況下的相互影響，模型圖如圖2所示。

主要有以下結論：

（1）只要儲料筒倉倉處于邊坡滑移帶之外，穩定性不受影響，僅基樁彎矩出現一定增長。邊坡卸載后，建造儲料筒倉及其樁筏基礎不會引起邊坡失穩，且自身水平變形很小。而邊坡的存在對于基礎的差異沉降影響也很小，但對氧化鋁倉的基樁的彎矩有較微小的影響。

（2）儲料筒倉基礎在地震水平荷載和彎矩荷載共同作用下，基礎差異沉降增大，擋墻位移增大，基樁內力重新分步，擋墻內力增大，但基礎和邊坡處于穩定狀態。

（3）控制樁筏基礎的總沉降量和變形差值最顯著的方法是增加樁長，不是增加樁數。

（4）群樁效應及內力重分布：內力是中間小，周邊大的趨勢，需進行變剛度調平設計【2】。

參考文獻：

[1] 張建勛.用強度折減有限元方法分析土坡穩定問題[J].山東科技大學學報，2004.

[2] GB 50007—2011.建筑地基基礎設計規范[S].