糧食平房倉空腹式砌體墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

林鈺斌

（四川省商業(yè)建筑設(shè)計院有限公司，四川 成都 610000）

1 引言

散裝糧食平房倉由于其容量大、施工簡單、建造費用低等特點在糧食儲藏領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，逐步成為了糧食長期儲存的主要倉型。常規(guī)糧食平房倉多采用排架結(jié)構(gòu)，縱橫墻砌體與排架結(jié)構(gòu)共同受力，承受糧食產(chǎn)生的水平壓力和豎向摩擦力。

現(xiàn)在國內(nèi)各地的散裝糧食平房倉設(shè)計堆糧高度一般超過6m，跨度一般為24m 左右，屬于高大平房倉倉型。堆糧高度越高，糧食對倉壁的水平壓力就越大。對倉壁墻體來說，則需要更厚的墻體或間距更小的圈梁。墻體也更容易形成大偏心，偏心距甚至可能會超過砌體規(guī)范限值，對墻體設(shè)計和計算提出了更高要求。

2 空腹式砌體墻運用背景

糧食平房倉的墻體實際是同時承受豎向力和水平力的構(gòu)件，且水平力起著控制作用。當(dāng)墻體為砌體且由鋼筋混凝土柱與水平聯(lián)梁承重時，糧食側(cè)壓力視為由水平聯(lián)梁間的砌體豎向傳遞給水平聯(lián)梁，然后，作為水平向的集中力由水平聯(lián)梁傳遞給混凝土柱，再由柱子將豎向力、剪力、彎矩傳遞給基礎(chǔ)。水平圈梁的間距不大于2m 時，可將豎向條帶作為簡支梁計算內(nèi)力，砌體可按照受彎構(gòu)件驗算其各項承載力。此為構(gòu)件級的承載力驗算。

墻體實際還承受屋面自重、墻體自重等豎向荷載，是壓彎構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析。砌體中的圈梁僅作為砌體的一部分，整體受力分析時不能視為墻體的支座。當(dāng)其靜力計算方案采用剛性方案時，可將通高墻體視為底部固接、頂部簡支的單層墻體，并取單位寬度進(jìn)行計算。以設(shè)計堆糧高度6.0m、墻體高度8.2m、墻體厚度490mm 為例，底部墻體彎矩設(shè)計值為80.8kN·m，豎向荷載為156.6kN，偏心距為0.516m。根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50003—2011），偏心距超過0.6y 時，應(yīng)采用組合磚砌體構(gòu)件，y表示截面重心到砌體上軸向力所在偏心方向截面邊緣的距離，此處y 值為245mm。一般的高大平房倉實心墻體都很難滿足普通砌體構(gòu)件偏心距不超限值的問題，所以，考慮采用空腹式墻體作為組合磚砌體構(gòu)件，從而避免與規(guī)范矛盾。

空腹式墻體是一種以工字型截面為基本單元的雙葉組合墻體，每隔兩個單元腹板兩端增設(shè)混凝土配筋面層，形成組合磚砌體構(gòu)件。墻體形式如圖1 所示。

3 空腹式砌體墻的工程運用與結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

3.1 工程概況

該工程建設(shè)地點位于四川省雅安市，平房倉主要用于儲藏散裝小麥，設(shè)計堆糧線高度為7.0m，單倉建筑面積為1 554.5m2，檐口高度為11m，結(jié)構(gòu)跨度為24m，墻體高度為9.2m，屋面采用折線型屋架和混凝土屋面板。項目共有4 個倉，每個倉有3 個廒間，3 個廒間總倉容量為7 325t。

建筑的抗震設(shè)防類別按丙類，抗震設(shè)防烈度為7 度，場地的設(shè)計地震分組為第二組，設(shè)計基本地震加速度為0.15g，地勘報告顯示場地類別為Ⅱ類，得出場地特征周期為0.40s，結(jié)構(gòu)的安全等級為二級。場地地表土為粉土，地基條件較好，基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為松散卵石。該地區(qū)基本風(fēng)壓為0.30kN/m2，50 年一遇的基本雪壓為0.20kN/m2，地面粗糙度類別為B 類。

3.2 結(jié)構(gòu)選型情況

該平房倉采用混凝土排架結(jié)構(gòu)，墻體采用空腹式磚砌墻體，每個空腹式墻體單元的兩側(cè)翼緣厚度均采用240mm，中空部分厚度為510mm，墻體總厚度為990mm，腹板部分寬度采用370mm。排架縱向分別在標(biāo)高±0.000m、6.000m 和柱頂標(biāo)高增設(shè)框架梁拉結(jié)，形成框排架結(jié)構(gòu)，梁截面分別為500mm×990mm、400mm×900mm 和500mm×900mm。框架柱截面采用500mm×990mm，柱子間距6m。主體結(jié)構(gòu)為混凝土框架梁柱受力，側(cè)墻按照填充墻設(shè)置，但是，由于砌體墻要承受糧食產(chǎn)生的水平壓力，實際的砌體墻是與排架結(jié)構(gòu)共同受力。在正負(fù)零標(biāo)高建筑四周和中間墻體下方設(shè)置一圈框架梁，用于承擔(dān)上部墻體豎向荷載，傳力途徑也較清晰。同時，可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，有利于抵抗地震力等水平荷載。《糧食平房倉設(shè)計規(guī)范》（GB 50320—2014）規(guī)定，當(dāng)墻體為砌體，且由鋼筋混凝土柱與水平聯(lián)梁承重時，糧食的水平側(cè)壓力由水平聯(lián)梁間的砌體豎向傳遞給水平聯(lián)梁，然后作為集中力由水平聯(lián)梁傳遞給混凝土柱。按此受力模式，墻體實際為單向板受力，其長寬比應(yīng)不小于2。故在2.950m 標(biāo)高增設(shè)一道300mm×990mm 的圈梁，將墻體劃分為長寬比不小于2 的豎向受力條帶。平房倉屋面橫向跨度為24m，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土折線型屋架和預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板，分別選自國家標(biāo)準(zhǔn)圖集04G415-1 和04G410-1。

3.3 混凝土梁、柱設(shè)計

混凝土梁承受墻體傳來的水平方向荷載，同時，承受砌體的豎向荷載，按照雙向受彎構(gòu)件計算梁的受彎、受剪承載力。梁以水平和豎向集中力的形式將荷載傳給混凝土框架柱，框架柱為壓彎構(gòu)件。受力分析時，同時考慮風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載的組合。糧食荷載的分項系數(shù)取1.3。框架梁按照兩端固接計算，圈梁按兩端簡支計算，框架柱按照底部固接頂部懸臂計算。框架柱頂部約束足夠大時，如采用現(xiàn)澆混凝土板，柱頂也可以按照鉸接支座。

3.4 空腹式砌體墻整體穩(wěn)定性計算

砌體墻采用空腹式砌體墻，腹板間距為1.2m，考慮每隔2.4m 設(shè)置混凝土面層，取兩個腹板間距為一個組合磚砌體單元。每個單元腹板兩端設(shè)置混凝土配筋面層，形成組合磚砌體構(gòu)件。砌體采用MU15 燒結(jié)普通磚砌筑，砂漿采用M10 混合砂漿。混凝土部分截面為300mm×180mm，強(qiáng)度等級為C30，縱筋采用HRB400 級鋼筋。

此截面單元可簡化為工字型偏心受壓構(gòu)件，為《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》里的磚砌體和鋼筋混凝土面層的組合砌體構(gòu)件。由于墻體承受水平壓力較大，墻體產(chǎn)生的彎矩較大，此類墻體基本都是大偏心受壓構(gòu)件。該單元取2.4m 寬度為一個受力單元，高度取全墻高度9.2m，按照下端固接上端鉸接整體計算。根據(jù)混凝土和磚砌體共同受壓原理,按照組合砌體偏心受壓構(gòu)件的計算公式可以計算出截面的受壓區(qū)高度，進(jìn)而計算出混凝土部分的縱向受拉鋼筋面積。關(guān)于組合磚砌體的縱筋及連接箍筋，規(guī)范里有一定的要求。為了增強(qiáng)空腹墻體的穩(wěn)定性，一般在面層之間設(shè)置箍筋拉結(jié)，箍筋豎向間距根據(jù)砌體的模數(shù)設(shè)置，一般可為360mm。同時，墻體內(nèi)部的水平拉筋建議通長設(shè)置，且靠墻體外側(cè)的水平筋放置在組合砌體縱筋內(nèi)側(cè)，有效增強(qiáng)墻體與組合砌體之間的拉結(jié)。配筋組合磚砌體配筋構(gòu)造如圖2 所示。

圖2 組合磚砌體配筋

3.5 空腹式砌體墻局部承載力計算

空腹式砌體墻在設(shè)置為混凝土組合砌體后，沿通高方向能滿足整體穩(wěn)定性要求，不至于整體性的破壞。聯(lián)梁之間的墻體需要按照豎向條帶計算其局部受彎、受剪承載力。豎向條帶視為簡支梁，取一個工字型單元為1.2m 寬，上下端鉸接，梁跨度取水平聯(lián)梁間距。空腹式墻體采用工字型截面，具有較大的抗彎截面抵抗矩，抗彎能力有很大提高，所以，聯(lián)梁間距不一定控制在2m 以內(nèi)，可根據(jù)抗彎、抗剪承載力倒算出聯(lián)梁間距。本項目聯(lián)梁間距控制在2.95m 和3.05m，既保證了單向板長寬比大于2 的要求，也充分利用了砌體強(qiáng)度，控制了聯(lián)梁數(shù)量，減少了造價。對于兩個腹板之間的單層墻體、直接與糧食接觸的那一側(cè)也應(yīng)進(jìn)行抗彎抗剪承載力驗算。該處砌體厚度為240mm，可將相鄰的兩個腹板視為其鉸接支座，受力范圍也僅為830mm，不利位置為墻體最底側(cè)，受糧食側(cè)壓力最大，一般也很容易通過承載力驗算。

4 空腹式砌體墻的優(yōu)缺點

當(dāng)設(shè)計堆糧高度相同時，相較于相同長度的實心砌體墻，空腹式砌體墻的厚度較大，聯(lián)梁截面相對較寬。通過初步測算，砌體材料用量增加約35%、聯(lián)梁混凝土用量增加約38%（見表1）。另外，在孔洞位置澆筑混凝土聯(lián)梁時，可能出現(xiàn)支模拆模不方便的問題。

表1 實心墻與空腹墻材料用量對比

空腹式砌體墻的優(yōu)點：一是空腹式砌體墻設(shè)置了混凝土配筋面層，避免了大偏心受壓情況下，采用無筋砌體方案與規(guī)范相矛盾的問題。二是混凝土聯(lián)梁數(shù)量減少了約40%，施工時等待混凝土硬化凝固的時間減少，從而縮短了工期。三是由于空腹式墻體中空的特點，中空部分有效阻隔了夏季室外高溫向室內(nèi)傳導(dǎo)，墻體隔熱能力提高。四是制冷回風(fēng)管道可以從中空部分豎向通至堆糧線以上，保持外立面平整，沒有凸出的扶壁柱或管道，更加整潔和美觀。我國西南地區(qū)常年多雨潮濕，夏季高溫炎熱，對糧食儲藏管理有一定難度。空腹式砌體墻盡管材料用量比傳統(tǒng)糧食平房倉墻體稍多，但其具有較好的隔熱防潮能力、施工工期縮短等特點，使其在四川乃至西南地區(qū)都得到了推廣應(yīng)用。針對空腹式墻體在空洞位置澆筑混凝土聯(lián)梁時，支模拆模不方便的問題，工程上一般在梁底以下一定高度將兩側(cè)砌體逐層收攏，在梁底形成砌體模版，可直接在砌體上綁扎鋼筋建筑混凝土。

5 結(jié)語

高大散裝糧食平房倉可采用空腹式砌體墻，設(shè)計時應(yīng)按照實際情況進(jìn)行簡化。從整體穩(wěn)定性計算到局部構(gòu)件的承載力分析應(yīng)盡可能全面，確保平房倉結(jié)構(gòu)的安全性。空腹式砌體墻抗彎、抗剪、隔熱和防潮性能良好，是一種值得推廣的散裝糧食平房倉墻體。