散裝糧食平房倉柱的受力分析研究

黃 鸝,張春會,梁小勇

(河北科技大學建筑工程學院,河北石家莊 050018)

散裝糧食平房倉柱的受力分析研究

黃 鸝,張春會,梁小勇

(河北科技大學建筑工程學院,河北石家莊 050018)

針對24,27,30 m 3種跨度的糧食平房倉,分別按照4.5,5.0,5.5 m 3種存糧高度進行排架柱的受力分析,發(fā)現(xiàn)柱配筋量隨存糧高度的增加增長較快,而在存糧高度保持不變的情況下,柱配筋量隨跨度的增加基本保持不變。為省級儲備糧庫的建設(shè)提供了參考。

散裝;糧食平房倉;排架;柱

1 散裝糧食平房倉倉型

糧食事關(guān)國家的安全和穩(wěn)定,糧庫的建設(shè)至關(guān)重要。1998年以來,中國先后投資興建了約5 000萬t的國家糧食儲備庫,總投資近250億元。其中,糧食平房倉為主要倉型,所占投資比例達到70%以上[1]。散裝糧食平房倉的結(jié)構(gòu)形式,從最初的倉型結(jié)構(gòu)有爭議,到2001年7月《糧食平房倉設(shè)計規(guī)范》的實施,散裝糧食平房倉結(jié)構(gòu)類型才逐漸統(tǒng)一為排架結(jié)構(gòu)。

從結(jié)構(gòu)上來看,散裝糧食平房倉倉型結(jié)構(gòu)比較特殊。其一,糧食側(cè)壓力由墻、梁、柱共同承擔,墻體也是承重構(gòu)件,此乃該結(jié)構(gòu)的特殊之處,柱的受力分析較為復雜且目前受力分析計算方法不統(tǒng)一,這也是目前急需解決的關(guān)鍵問題;其二,從以往設(shè)計經(jīng)驗看,采用國家儲備糧庫通用圖的設(shè)計存糧高度均為6 m,排架柱受力較大,地基處理和基礎(chǔ)的造價也相應(yīng)提高。這種倉型對于河北省一些地方糧庫并不適用,尤其是對于地基條件不好的地區(qū)。筆者從不同跨度和不同存糧高度的各種組合狀況,逐個分析跨度和存糧高度對排架柱受力及配筋的影響,為今后建設(shè)經(jīng)濟合理、安全可靠的散裝糧食平房倉提供參考和建議。

2 研究結(jié)構(gòu)模型

研究對象為屋架體系屋蓋平房倉,屋架選用鋼筋混凝土折線形屋架,屋架上搭鋼筋混凝土大型屋面板。墻體采用370 mm厚燒結(jié)黏土多孔磚[2]。鋼筋混凝土柱距6 m,為進行不同跨度、不同存糧高度之間的柱受力比較,柱截面統(tǒng)一為b×h=400 mm× 700 mm,柱底標高算至基礎(chǔ)頂面,取-1.3 m,柱頂標高按照比存糧線高1.6 m設(shè)計。墻體連系梁LL沿高度設(shè)置4道,LL中心高度分別為±0和1.8 m、糧食頂面標高、柱頂標高。排架立面圖見圖1,跨度L、存糧高度h及相應(yīng)的柱高H見表1,平房倉屋面做法及荷載見表2。

圖1 排架立面Fig.1 Elevation of bent frame

3 荷載取值

3.1 永久荷載

參與組合的永久荷載包括屋蓋自重、屋架自重。

24,27,30 m跨度的鋼筋混凝土折線形屋架自重標準值分別為113,128,143 kN[3]。

3.2 可變荷載

石家莊地區(qū)的風壓標準值選用0.35 kN/m2,屋面可變荷載標準值為0.5 kN/m2,石家莊地區(qū)基本雪壓為0.30 kN/m2,屋面可變荷載和雪荷載不同時考慮,因此僅考慮可變荷載標準值為0.5 kN/m2。

糧食對倉壁的壓力分為水平壓力和豎向摩擦力,而后者由墻體承受并直接傳遞給基礎(chǔ),因此在計算排架柱時不考慮。深度s處糧食作用于倉壁單位面積上的水平壓力標準值按式(1)計算[4]。 ,φ按照小麥內(nèi)摩擦角25°取值(為保證上部結(jié)構(gòu)安全,在計算糧食水平壓力時未考慮小麥對倉壁的外摩擦角);γ按照小麥重力密度8.0 kN/m3取值。

表1 跨度L、存糧高度h、柱高HTab.1 Span(L),height of grain(h),height of columns(H)

表2 平房倉屋面做法及荷載Tab.2 Roof of grain storehouse and load

在計算不同跨度、不同存糧高度的情況下,由連系梁傳遞給柱的糧食水平荷載時,偏安全地將每塊墻板計算區(qū)格視為單向板。由連系梁LL1,LL 2,LL3傳給柱的糧食水平集中荷載值分別為Ph1,Ph2,Ph3,那么計算Ph1,Ph2,Ph3的荷載取值范圍分別為圖2中的①、②、③區(qū)域。具體計算值詳見表3。

圖2 糧食水平荷載取值范圍Fig.2 A rea of ho rizontal p ressure of grain

表3 糧食水平荷載Ph1,Ph2,Ph3Tab.3 Horizontal p ressure Ph1,Ph2 and Ph3 of grain

3.3 荷載傳遞簡圖

糧食側(cè)壓力首先由LL間的墻體傳至LL,再由LL以集中荷載形式傳至柱[4]。荷載傳遞簡圖見圖3和圖4。

4 結(jié)構(gòu)受力計算結(jié)果

4.1 計算假定

筆者按照單側(cè)堆糧的最不利裝載情況考慮柱底最不利內(nèi)力組合;糧食摩擦力直接由墻體傳遞給基礎(chǔ),不由柱承受;在所設(shè)置LL高度的情況下墻體強度滿足要求;混凝土等級為C30,鋼筋種類為HRB400,柱截面按照對稱配筋;利用結(jié)構(gòu)軟件PKPM計算平面鉸接排架,進行最不利內(nèi)力組合;倉容量按照國家糧食儲備庫標準長度60 m估算;按照石家莊地區(qū)設(shè)計,抗震設(shè)防烈度為7度,基本地震加速度值為0.10g。

4.2 計算結(jié)果

經(jīng)PKPM軟件計算,不同跨度、不同存糧高度組合下,排架柱的最不利內(nèi)力組合值以及截面配筋量詳見表4、表5、表6。

表4 24 m跨柱的受力分析結(jié)果Tab.4 Results of stress analysis on 24 m-span columns

表5 27 m跨柱的受力分析結(jié)果Tab.5 Results of stress analysis on 27 m-span columns

表6 30 m跨柱的受力分析結(jié)果Tab.6 Results of stress analysis on 30 m-span columns

4.3 柱截面配筋量按公式計算分析

平房倉柱一般為大偏心受壓構(gòu)件,按照對稱配筋,因此滿足式(2)以及式(3)[5]。

將式(3)轉(zhuǎn)換為

從式(4)可以看出,影響配筋量的主要因素是軸向力N和偏心矩e。不同受力情況下的軸向力N和偏心矩e比較見表7[5]。

表7 偏心矩e和軸向力NTab.7 Eccentricity(e)and axial force(N)

由表7可分析得出,在存糧高度不變的情況下,隨跨度增加,軸向力N增大,同時偏心矩e在減小,Ne值變化幅度在3%左右,因此最終柱截面配筋量隨跨度增加的變化很小。

5 結(jié) 語

1)相同跨度情況下,隨存糧高度增加約10%,柱截面配筋量增加約30%,因此省級糧食儲備庫建設(shè)要慎重考慮存糧線的大幅提高,尤其是對于地基比較軟的地區(qū)。

2)相同存糧高度情況下,存糧量隨跨度增加,柱配筋量基本保持不變。

3)從排架柱受力情況分析,在相同倉容量的情況下,散裝糧食平房倉適宜選用較大跨度。

4)筆者僅從柱受力角度進行分析研究,平房倉總體造價還應(yīng)結(jié)合地基、基礎(chǔ)情況綜合考慮。

[1] 王振清,付紅慶.《糧食平房倉設(shè)計規(guī)范》制訂背景及內(nèi)容簡介[J].糧食流通技術(shù)(Grain Distribution Technology),2002(5):16.

[2] 崔計福,徐建軍,王榮帥.淺談糧食平房倉墻體改革[J].糧食流通技術(shù)(Grain Distribution Technology),2003(5):16.

[3] 中國建筑標準設(shè)計研究院.04G415-1預應(yīng)力混凝土折線形屋架[M].北京:中國建筑標準設(shè)計研究院,2004.

[4] GB 50320—2001,糧食平房倉設(shè)計規(guī)范[S].

[5] GB 50010—2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[6] 朱嘉斌.板桁結(jié)合斜拉橋空間非線性靜力分析[J].河北工業(yè)科技(Hebei Journal of Industrial Science and Technology),2009,26(3):151-155.

Research in mechanical analysis of bulk grain storehouse columns

HUANG Li,ZHANG Chun-hui,L IANG Xiao-yong

(College of A rchitecture Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei 050018,China)

Aiming at the varied spans of 24 m,27 m and 30 m for the bulk grain sto rehouse,themechanical calculationsof the bent frame columnsw ith different grain height of 4.5 m,5.0 m and 5.5 m were respectively performed.Themain findings are that the reinfo rcementof columns rises rapidly w ith the increasing grain height.However,under the invariable grain height the reinfo rcement of columns has little variance w ith increasing span.Those findings are helpful to the construction of p rovincial grain storehouse.

bulk;grain storehouse;bent frame;columns

TU 375

A

1008-1542(2010)05-0468-04

2010-05-06;

2010-05-25;責任編輯:馮 民

河北省科技廳計劃資助項目(072156164);河北省教育廳計劃資助項目(2007443);河北省建設(shè)廳計劃資助項目(2008-232)

黃 鸝(1971-),女,湖北黃岡人,副教授,碩士,主要從事鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面的研究。