鋼筋混凝土筒倉的結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造探討

劉瑞軍

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030001)

筒倉作為煤礦貯煤系統(tǒng)中最重要的構(gòu)筑物，其結(jié)構(gòu)具有容量大、占地少、泄料通暢、裝車速度快等優(yōu)點(diǎn)，深受各使用單位的歡迎。隨著現(xiàn)代化礦井的建設(shè)及生態(tài)環(huán)保的要求，國內(nèi)已建成一大批包括貯、裝、運(yùn)、自動(dòng)化、電氣化的萬噸筒倉，效益顯著。

筒倉結(jié)構(gòu)一般由倉上建筑、倉頂、倉壁、倉底、倉下支承結(jié)構(gòu)(筒壁或柱、墻)及基礎(chǔ)等六部分組成。

1 倉上建筑

倉上建筑在煤礦系統(tǒng)中用于布置皮帶運(yùn)輸設(shè)備等，根據(jù)轉(zhuǎn)載系統(tǒng)設(shè)置要求，可采用單層框架結(jié)構(gòu)或多層框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。地震區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用輕質(zhì)材料。

2 倉頂

直徑小于15 m的圓形筒倉，倉頂一般采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，倉頂宜做成平板，有時(shí)為加快建設(shè)速度，也可采用鋼梁與壓型鋼板組合樓板之梁板結(jié)構(gòu)。當(dāng)直徑不小于15 m時(shí)，一般均采用鋼筋混凝土正截面錐殼、正截面球殼等支承的梁板結(jié)構(gòu)。

3 倉壁及筒壁

1)倉壁及筒壁壁厚的確定原則:筒倉壁與貯料直接接觸的部分為倉壁，不直接接觸部分為筒壁?，F(xiàn)階段筒倉一般均采用滑模方法施工，設(shè)計(jì)時(shí)兩者壁厚一般選用等厚截面，方便施工。壁厚t一般依倉徑確定(t=dn/100+100，dn為圓筒倉內(nèi)徑)。同時(shí)，倉壁及筒壁的最小厚度不宜小于150 mm，當(dāng)采用滑模施工時(shí)，不應(yīng)小于160 mm。2)混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求及保護(hù)層厚度的確定:混凝土的碳化是嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的重要因素。工程實(shí)踐中，減少混凝土碳化的最簡單的方法，除了減小混凝土的水灰比、提高混凝土的強(qiáng)度外，就是加大混凝土的保護(hù)層。一般倉壁和筒壁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于C30，受力鋼筋的保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30 mm。對(duì)倉壁部分，為減少貯料對(duì)倉壁的沖磨不利影響，可將受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度加厚為40 mm。3)水平鋼筋與豎向鋼筋的計(jì)算及構(gòu)造要求:筒倉倉壁及筒壁為殼單元，在煤壓的作用下，水平向受環(huán)向拉力的作用，通過設(shè)置在倉壁內(nèi)的水平環(huán)向鋼筋抵抗環(huán)拉力的作用，計(jì)算相對(duì)簡單。豎壁受軸向壓力的作用，一般均為構(gòu)造配筋。筒壁和倉壁的水平鋼筋直徑不宜小于10 mm，也不宜大于25 mm;鋼筋間距不應(yīng)大于200 mm，也不應(yīng)小于70 mm。對(duì)于圓形筒倉水平鋼筋直徑上限控制為25 mm，主要考慮施工要求，當(dāng)直徑超過25 mm后，鋼筋成型比較困難，尤其在滑模施工時(shí)，常常由于成型困難而影響施工速度。筒壁和倉壁的豎向鋼筋直徑不宜小于10 mm。鋼筋間距:對(duì)于外倉倉壁不應(yīng)少于3根/m;對(duì)于群倉的內(nèi)倉倉壁不應(yīng)少于2根/m;對(duì)于筒壁不應(yīng)少于3根/m。當(dāng)采用滑模施工時(shí)，在群倉的連接處，如運(yùn)料需要，可將通道處豎向鋼筋的間距增大至1 m。實(shí)踐中，豎向鋼筋的直徑一般不小于12 mm，避免施工時(shí)鋼筋太細(xì)而立不起來。4)倉壁開設(shè)洞口尺寸及補(bǔ)強(qiáng)要求:一般在倉壁上開設(shè)的洞口寬度和高度均不宜大于1 m，并應(yīng)按相關(guān)規(guī)定在洞口四周配置附加構(gòu)造鋼筋。其中洞口上下每邊附加的水平鋼筋面積不應(yīng)小于被洞口切斷的水平鋼筋面積的0.6倍。洞口左右每側(cè)附加的豎向鋼筋面積不應(yīng)小于被洞口切斷的豎向鋼筋面積的0.5倍。其余要求詳見筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范相應(yīng)規(guī)定。

4 倉底

倉底的形式，一般有正倒圓錐式、平板式、通道式等。為方便滑模施工，一般均將倉底與筒壁脫開，倉底由筒壁柱及環(huán)梁支承。

實(shí)踐中一般采用梁柱支承或鋼筋混凝土墻支承的錐斗倉底，這種倉底形式施工簡單，但需要較多填料。用平板填料作倉底結(jié)構(gòu)的倉底形式也較多采用，除了施工簡單以外，這種倉底形式需要較多填料而且耗鋼量也較大。在大直徑筒倉中，較多采用倒圓錐殼形倉底或倒圓錐殼與折板梁組合倉底，這種空間倉底結(jié)構(gòu)形式填料很少，受力直接，鋼材的消耗量也較少，但施工比較麻煩。工程實(shí)踐中，可以結(jié)合實(shí)際條件，通過比選確定較經(jīng)濟(jì)合理的倉底形式。

5 倉下支承結(jié)構(gòu)

1)倉下支承結(jié)構(gòu)可以采用筒壁、壁柱、柱或鋼筋混凝土墻，對(duì)于大直徑(直徑不小于18 m)筒倉也可采用筒中筒支承形式。在地震作用高烈度區(qū)或由于開設(shè)汽車通道等使筒倉開洞較大(造成筒倉一側(cè)剛度削弱較多)，可采用鋼筋混凝土墻支承增強(qiáng)剛度。2)地震區(qū)圓形筒倉的倉下支承結(jié)構(gòu)，宜選用筒壁支承或筒壁與內(nèi)柱共同支承的形式。3)地震區(qū)倉下支承柱配筋要求:為避免柱脆性破壞，倉下支承柱的縱向鋼筋總的配筋百分率不應(yīng)大于2%。同時(shí)對(duì)柱與倉壁或環(huán)梁交接處及其以下部位，并在柱與基礎(chǔ)交接處及其以上部位，箍筋的配置均應(yīng)符合下列規(guī)定:a.距上下交接處不小于柱截面長邊或柱凈高的1/6，同時(shí)也不小于1 m的范圍內(nèi)，箍筋間距應(yīng)為100;b.箍筋直徑:7度時(shí)，不小于8 mm;8度或9度時(shí)，不小于10 mm;c.洞口扶壁柱總的最小配筋百分率不宜小于0.6%。

6 基礎(chǔ)

筒倉荷載一般較大，對(duì)地基承載力要求較高。不同的地質(zhì)條件，應(yīng)該仔細(xì)比選地基處理方案，將筒倉地基處理及基礎(chǔ)造價(jià)控制在較合理范圍內(nèi)。對(duì)于地基為基巖等較好的地基，同時(shí)基巖埋深較淺時(shí)，基礎(chǔ)可采用環(huán)形基礎(chǔ)或獨(dú)立柱基。對(duì)于地基為基巖等較好的地基，同時(shí)基巖埋深較深時(shí)，基礎(chǔ)可采用地梁與樁基相結(jié)合的基礎(chǔ)形式。其他情況可采用強(qiáng)夯、換填、CFG等處理方法，結(jié)合圓板基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等基礎(chǔ)形式。同時(shí)圓板基礎(chǔ)可將基礎(chǔ)板挑出筒壁外適當(dāng)長度以減少筒倉基礎(chǔ)板中部的彎矩，基礎(chǔ)板懸臂部分的厚度應(yīng)使混凝土能滿足抗剪要求。

7 結(jié)語

鋼筋混凝土筒倉合理的結(jié)構(gòu)選型與準(zhǔn)確的構(gòu)造措施，是確保工程安全、經(jīng)濟(jì)、適用的關(guān)鍵。因此工程設(shè)計(jì)人員都要對(duì)這兩部分內(nèi)容予以重視，通過合理的設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟(jì)性，保證工程設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到規(guī)范的要求。

［1］GB 50077-2003，鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］《貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊編》寫組.貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.