散裝糧食樓房倉結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

張慶章, 仇新義, 王振清

(1. 河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院， 河南鄭州 450001； 2. 河南工大設(shè)計研究院， 河南鄭州 450001)

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散裝糧食樓房倉結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

張慶章1, 仇新義2, 王振清1

(1. 河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院， 河南鄭州 450001； 2. 河南工大設(shè)計研究院， 河南鄭州 450001)

以天津利達現(xiàn)代糧食園區(qū)建設(shè)的5棟3層框架結(jié)構(gòu)散裝糧食樓房倉為研究對象，在原有基礎(chǔ)條件不變的情況下，對樓房倉原設(shè)計柱網(wǎng)7.5m×7.5m方案和改變梁及樓板截面尺寸柱網(wǎng)6m×6m的新方案進行了分析。通過對柱距的調(diào)整，發(fā)現(xiàn)兩種方案的混凝土與模板的造價差別不是太大，而鋼筋造價差別比較大，6m柱距樓房倉相對于7.5m柱距樓房倉鋼筋造價下降了25 %。新設(shè)計比原設(shè)計三種主材的造價下降了12 %。

樓房倉；糧食；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

散裝糧食樓房倉是一種新倉型，綜合了平房倉與立筒倉的優(yōu)點，節(jié)約土地，空氣流暢，隔熱效果良好，機械化程度高，在我國有廣闊應(yīng)用前景[1-2]。然而因糧食荷載非常大，樓房倉的構(gòu)件尺寸大，樓房倉的造價也較高，影響樓房倉的推廣應(yīng)用，因而對樓房倉進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、經(jīng)濟分析尤其重要[3-4]。

以天津利達現(xiàn)代糧食園區(qū)建設(shè)的5棟3層框架結(jié)構(gòu)散裝糧食樓房倉為研究對象，在原有基礎(chǔ)條件不變的情況下，對樓房倉原設(shè)計柱網(wǎng)7.5m×7.5m方案和改變梁及樓板截面尺寸柱網(wǎng)6m×6m的新方案進行了分析，對比材料用量及造價，得出經(jīng)濟性較好的樓房倉設(shè)計方案。

1　工程項目概況

1.1地質(zhì)條件

天津市利達糧食現(xiàn)代物流中心場地土為中軟土，場地為III類場地。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.15g，屬設(shè)計地震第一組。

1.2設(shè)計基本情況

原設(shè)計基本情況：建筑平面尺寸為93m×30m，建筑外觀規(guī)則，中間設(shè)縫，柱距為7.5m×7.5m，中間設(shè)縫處柱距為3m。倉房分3個廒間，兩邊廒間30m，中間廒間33m，建筑平面如圖1所示。建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，共3層，層高為一層11m，二層7.8m，三層7.6m(由于一層考慮了基礎(chǔ)，故在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計計算模型中采用12m標(biāo)高)。儲糧方式為散裝糧。堆糧高度為一層8m，二層5m，三層5m。儲糧品種為小麥，容重為8kN/m3。

新設(shè)計柱距為6m×6m，設(shè)縫部位稍偏右，其余情況同原設(shè)計相同，建筑平面如圖2所示。

圖1　原設(shè)計建筑平面

圖2　新設(shè)計建筑平面

柱子第一層采用同一截面，二～三層采用同一截面。梁的截面根據(jù)樓層的變化有變化，使梁的配筋率控制在1 %～1.2 %，主梁的寬度選用500mm。原設(shè)計與新設(shè)計構(gòu)件截面如表1、表2所示。

2　工況選取

散裝糧食樓房倉由于儲糧品種、儲糧方式及儲糧位置的變化，其荷載組合應(yīng)考慮多種形式。在此，儲糧品種按容重為8kN/m3的小麥計算，裝糧位置可在9個倉房(每層3個廒間)內(nèi)任選1～9個倉裝糧，儲糧方式選取滿倉平堆裝糧或單倉單側(cè)裝糧兩種方式組合，取最不利工況，然后進行配筋設(shè)計。

3　荷載模擬

3.1設(shè)備荷載

屋面層上布置有設(shè)備，其荷載值取4kN/m2。

3.2樓面荷載

樓面恒載(不包括自重)：二層和三層樓面荷載取1kN/m2，屋面層取4kN/m2。

表1　原設(shè)計各構(gòu)件截面

表2　新設(shè)計各構(gòu)件截面

3.3糧食活荷載

糧食活荷載按照《糧食平房倉設(shè)計規(guī)范》取值，其分項系數(shù)為1.3[5-6]。糧食荷載如表3所示。

表3　糧食荷載　kN/m2

4　構(gòu)件設(shè)計

4.1墻體設(shè)計

墻身主體采用磚墻加混凝土墻梁的形式。兩種設(shè)計墻厚為490mm。原結(jié)構(gòu)連梁的設(shè)置為：一層共設(shè)置6道連梁，分別在標(biāo)高0.77m、1.85m、3.05m、4.63m、6.05m、7.85m處，截面為300mm×490mm；二層共設(shè)置3道連梁，分別離樓面高度為1.05m、3.45m、4.85m處，截面為300mm×490mm；三層設(shè)置同二層。新結(jié)構(gòu)連梁的設(shè)置為：一層共設(shè)置5道連梁，分別在標(biāo)高1m、2.2m、3.8m、5.6m、7.85m處，截面為300mm×490mm；二層共設(shè)置3道連梁，分別離樓面高度為1.2m、3m、4.85m處，截面為300mm×490mm；三層設(shè)置同二層。

4.2柱子水平荷載的加載

在設(shè)計過程中，水平力以集中荷載的形式傳給柱子，底層柱集中水平力在模型中的作用位置分別為1.5m、2.5m、3.5m、4.5m、5.5m、6.5m、7.5m、8.5m，其余各層柱水平力作用位置分別為0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、4.5m，作用點上下各一半荷載傳給柱子，具體數(shù)值如表4、表5所示。

5　結(jié)構(gòu)計算與經(jīng)濟性分析

5.1變形與位移

本工程設(shè)計僅對部分構(gòu)件截面進行了調(diào)整。材料的選用：混凝土采用C30；梁柱縱筋采用HRB400；倉壁采用普通燒結(jié)磚。結(jié)構(gòu)構(gòu)件選取的原則是柱子滿足規(guī)范要求，并盡量從表6可以看出，原設(shè)計與新設(shè)計層位移與位移角非常接近，均滿足GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的限值1/550。從表7可以看出，樓房倉的配筋率為1.1 %左右，符合經(jīng)濟配筋率要求；裂縫寬度也基本相當(dāng)，滿足規(guī)范規(guī)定的最大裂縫跨度0.3mm的要求[7]。原設(shè)計與新設(shè)計梁的撓度都較小，滿足跨度的1/250的要求[7]。

表4　原設(shè)計柱水平荷載

表5　新設(shè)計柱子水平荷載

小，計算結(jié)果如表6所示；梁滿足配筋率的要求，并盡量使配筋率控制在1 %～1.5 %左右；撓度與裂縫滿足規(guī)范規(guī)定的限值，計算結(jié)果如表7所示。

表6　樓房倉層位移和位移角

表7　樓房倉配筋、裂縫、撓度

5.2經(jīng)濟分析

經(jīng)濟分析參照河南省建設(shè)工程量清單綜合單價(2008)[8]，本文只考慮混凝土、鋼筋、模板三種材料的用量。三種材料統(tǒng)計結(jié)果和造價如表8所示。從表8可以看出，梁的混凝用量有所減少，柱子和板混凝土用量有所增加，板混凝土增加的主要原因是板厚的增加，總的混凝土用量略有所增加。兩次設(shè)計鋼筋用量共減少232 t，可見減小柱距對節(jié)省鋼筋意義重大。混凝土與模板的造價差別不是太大，每m2相差10元左右；鋼筋造價差別比較大，每m2相差101元。可見對柱距進行調(diào)整，主要影響鋼筋量的變化，也是控制造價的主要原因。原設(shè)計與新設(shè)計三種主材的造價相差83.2萬元，相當(dāng)于節(jié)約了12 %。

表8　原結(jié)構(gòu)和新結(jié)構(gòu)造價

6　結(jié)論

通過對天津利達物流園區(qū)樓房倉兩種設(shè)計方案的分析，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)方案都能滿足結(jié)構(gòu)正常使用。兩種方案的混凝土與模板的造價差別不是太大，而鋼筋造價差別比較大，6 m柱距樓房倉相對于7.5 m樓房倉鋼筋造價下降了25 %。新設(shè)計比原設(shè)計三種主材的造價下降了12 %。在結(jié)構(gòu)方案選型的時候，滿足工藝的要求下，柱距越小越經(jīng)濟。

[1]蘇澤維. 樓房倉與房式倉儲糧性能比較[J]. 糧食儲藏, 1990(6): 25-26.

[2]張慶章, 仇新義. 糧食樓房倉結(jié)構(gòu)和儲糧工藝研究進展[J]. 糧食儲藏, 2016, 45(1): 26-28.

[3]范建華. 糧食房式倉倉壁壓力計算[J]. 特種結(jié)構(gòu), 1999, 16(1): 25-27.

[4]王麗坤. 散裝糧食樓房倉主要功能實現(xiàn)與結(jié)構(gòu)性能研究[D]. 鄭州: 河南工業(yè)大學(xué), 2010.

[5]GB 50320-2014 糧食平房倉設(shè)計規(guī)范[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2014.

[6]王振清. 糧倉建筑基本理論與設(shè)計[M]. 鄭州: 河南科學(xué)技術(shù)出版社, 2015.

[7]GB 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2011.

[8]河南省標(biāo)準(zhǔn)定額站. 河南省建設(shè)工程工程量清單綜合單價(2008)[M]. 北京: 中國計劃出版社, 2008.

糧食公益性行業(yè)科研專項(項目編號：201513001)；河南省高等學(xué)校重點科研項目 (項目編號：15A560022)；河南工業(yè)大學(xué)高層次人才基金(項目編號：2013BS026)；鄭州市普通科技攻關(guān)計劃項目(項目編號：20140766)

張慶章(1981～)，男，博士，講師，研究方向為糧倉建筑與結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

TU377

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[定稿日期]2016-05-30