某選煤廠原煤落煤塔的結構設計

岳永兵（天地科技股份有限公司，北京 100013）

某選煤廠原煤落煤塔的結構設計

岳永兵
（天地科技股份有限公司，北京 100013）

通過工程實例，分析了鋼筋混凝土圓形落煤塔在抗震區(qū)筒內滿載，筒外一側堆滿煤，另一側煤全部卸完的情況下，筒壁根部的結構設計計算，內力和配筋計算通過手算完成，最后用Sap2000建模分析與人工手算結果進行比較，發(fā)現(xiàn)二者非常接近，驗證了工程計算理論的可靠性。

落煤塔，計算，結構設計，配筋

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.010

1 工程概況

內蒙古巴彥淖爾普盛選煤廠末煤儲煤場儲煤塔儲量Q=23000t，煤筒內徑6m，壁厚0.35m，根部為0.5m。筒體在地面以上高度34.8m，筒上部1層鋼筋混凝土框架高度3.9m，筒體地面以下埋深6m，總高度42.2m；上部有一條鋼桁架皮帶棧橋支撐在筒體上。本工程場地比較平坦。根據(jù)巖土工程勘察報告，第1層粉為粉砂，由混有大量粉土局部植物根系及碎石等組成，厚度0.3～1.8m，承載力特征值Fak=140kPa；第2層為粗砂，該厚度層為0.8～4.6m，承載力特征值Fak=250kPa；第3層為粉砂,該層厚度為0.4～2.1m，承載力特征值Fak=180kPa；第4層為礫砂，承載力特征值為Fak=280kPa。本工程選用第4層（礫砂）做為基礎持力層，工程基底標高為-4.500m。

2 荷載和內力計算及其組合

2.1 筒體恒載和活載

將筒體分段簡化為多個質點。共分7個分別計算出每個質點的重量和總重量（包括筒自重、桶內煤重、上部框架重、鋼桁架重和設備重）。

2.2 塔筒豎向荷載計算

筒沿豎向分成7段，各段豎向荷載計算如表1所示。

表1 塔筒豎向荷載

2.3 地震作用計算

根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011—2010）采用底部剪力法計算，并利用瑞利法求出結構自振周期。先將質量水平作用于各質點，求出各質點的水平位移Δi，由各質點和水平位移求出自振周T1。由《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011—2010）查得αmax=0.08Tg=0.35，根據(jù)地震水平作用力求出根部彎矩MEK=26431.334kN·m[1]。

2.4 風荷載作用計算

風荷載標準值為0.5kN/m2，根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009—2012）先計算筒體風振，再根據(jù)附錄5計算筒的自振周期T，將筒體分為7段，求出各點集中風荷載標準值結果（見表2）。

表2 各點集中風荷載標準值

可求出風荷載引起的筒根部彎矩MEK=1886.33kN·m，由筒頂皮帶棧橋從鋼桁架傳來的風荷載產生的根部彎矩M橋風=4931.64kN·m

2.5 煤側壓力計算

如圖1所示，考慮到的最不利情況為筒一邊煤全部卸完，另一邊堆滿煤，煤休止角＝38°。

圖1 煤側壓力計算

可求出三角形BEC面積S=90.75m2，煤總重量Q=59.47× 6.7=3984.5kN，水平力Frup=1427kN，產生筒根部彎矩Mrup= 27655.26kN。

2.6 附加彎矩計算

根據(jù)公式計算塔筒自重作用下考慮綜合影響后得附加彎矩ΔM=17669.9kN；塔樓集中荷載作用下的附加彎矩ΔMG＝691.88kN。地震作用下的附加彎矩ΔMG=19512.445KN，根據(jù)烈度考慮其增減[2]。

2.7 各種作用力最不利組合

根據(jù)公式組合設計值：

筒底彎矩M=1.2×(1750+27655.26+17669.9+691.88)+1.3× (26431.334+19512.445)+1.4×0.2×(1886.33+4931.64)= 128159.769kN·m；

筒底軸力N=1.2×(8260.71+8879.29)=22343.86kN；

筒底剪力 V=1.2×27+1.3×1095.96+1.4×0.2×(87.74+159.6) =1531.8kN。

3 結構設計

3.1 塔筒承載力極限狀態(tài)計算

3.2 塔筒裂縫寬度計算

塔筒裂縫寬度采用標準組合值：

筒底彎矩MK=100528.789kN·m,NK=17140kN，經(jīng)計算后裂縫最大寬度wmax＞0.2mm，不滿足裂縫寬度要求，改內外側配筋為25mm@150mm，經(jīng)計算裂縫最小寬度wmin=0.19mm＜0.2mm。

3.3 地基基礎計算

3.3.1 持力層地基承載力驗算

作用于基礎底面荷載,基礎及以上土重G=120A（A為礎底面積）,基礎底基本組合軸力N=46813kN,基礎底基本組合彎矩Mx=108750.6kN。持力層荷載設計值fα=610kPa,經(jīng)過計算后基礎底面壓力pmax713.38kPa＜1.2×610kPa=732kPa；pmin= 56.7kPa＞0，故持力層承載力滿足要求。圓形筏板基礎尺寸的厚度取h=2000mm。

3.3.2 基地反力計算

設計組合值分別設定為：

M=128159.8kN·m,N=22343.86kN，V＝1531.8kN。基底反力按直線分布假定進行簡化計算，可取基礎外懸挑中點處的基地最大凈反力ps[3]作為基底均布荷載，計算結果為ps＝438.9kPa。

3.3.3 沖切荷載計算

1）環(huán)壁外緣：FL1=psπ×[r12-(r2+h0)2]=438.9×3.14×[7.52-(3.8+1.94)2]=32114.4kN

2）環(huán)壁內緣：FL1=psπ×（r3-h0）2=438.9×3.14(6-1.94)2=22716.8kN

式中，基礎底板半徑r1=7.5m,筒壁外半徑γ2=3.8m，筒壁內半徑r3=6.0m，基礎底版有效高度h0=1.94m。

3.3.4 底板沖切強度計算

式中，混凝土抗拉強度ft=1.43MPa;沖砌臨截面積周長Sm=（St+Sb）/2,St為基礎沖切破壞椎體最不利斜截面上周長，Sb為基礎沖切破壞椎體最不利斜截面下周長。

抗沖切都滿足要求。

基礎底板彎矩及配筋計算，混凝土等級C30，鋼筋為Ⅱ級鋼筋，配筋形式為圓形基礎底板環(huán)壁以內下部和上部均采用等面積正交方格網(wǎng)配筋。底板下部正交方兩個方向彎矩M=2510.2kN·m，用正截面受彎承載力計算公式,按照彎矩結果進行配筋計算出As=4410mm2(實際配筋面積As=4462mm2)。

底板上部正交方兩個方向彎矩M=－1851.88kN·m＜0,則上部鋼筋按構造配置，取圓形基礎底板環(huán)壁以外下部徑向彎矩Mr=2390.31kN·m。

用正截面受彎承載力計算公式,按照彎矩結果進行配筋計算出As=4198mm2（實際配筋面積As=4462mm2)。圓形基礎底板環(huán)壁以外下部徑向彎矩Mθ＝2633.4kN·m，取1000mm板單位寬度，h0=1940mm。

用正截面受彎承載力計算公式按照彎矩結果進行配筋計算出As=4638mm2(實際配筋面積As=4909mm2)。

基礎底板外懸挑上部的配筋要:基礎挑板以上覆土自重q=20×10+4×20=280kPa。則懸挑根部彎矩：M上＝1916.6kN·m。

用正截面受彎承載力計算公式按照彎矩結果進行配筋計算出As=3343mm2(實際配筋面積As=3636mm2)。

4 結語

由計算結果看出，荷載引起的彎矩主要是由煤側壓力引起的，同時發(fā)現(xiàn)在抗震區(qū)考慮地震引起的內力不容忽視，地震作用是設計人員必須考慮的重要荷載組合因素。筒壁根部配筋是由正常使用極限狀態(tài)裂縫控制的，而非承載力極限狀態(tài)計算控制。該落煤塔建成使用2年后仍完好，也沒有出現(xiàn)明顯的傾斜和沉降。

【1】GB50011—2010建筑抗震設計規(guī)范[S].

【2】GB50135—2006高聳結構設計規(guī)范[S].

【3】GB50010—2010混凝土結構設計規(guī)范[S].

StructureDesign of Coal FallingTower in a CoalPreparationPlant

YUEYong-bing
(PolytronTechnologiesIncofHeavenandEarth，Beijing100013,China)

In this paper, analysis of the reinforced concrete circular coal tower in the earthquake zone with cylinder, cylinder sidefilledwith coal, structure design and calculation of the cylinderwall on the other side of the root of coal removed after the case, throughthehand tocomplete the calculation of internal force andreinforcement,andusingSAP2000modelinganalysis

coal fallingtower；calculation；structuredesign；reinforcement

TU279.7+4

B

1007-9467（2016）12-0052-03

2016-09-22

岳永兵（1981～），男，山西忻州人，工程師，從事煤礦與煤炭工程建筑結構設計與研究。