大跨度機械化散裝平房倉設計要點淺析

于海華，胡榮鑫，馬天紅，季蘇丹，張 淑，陳光旭，陳俊強

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

我國是一個農業大國，糧食產業發展歷史悠久。糧倉作為產業經濟發展的主要要素之一，伴隨著糧食產業經濟的發展而發展。截止目前，我國糧倉的建設規模不斷擴大，糧倉材質不斷變化，儲糧技術不斷更新迭代[1]。建國以來，倉型由建國初期的蘇式平房倉到后來的普通平房倉、機械化平房倉、樓房倉以及立筒倉和淺圓倉等以適應不同需求的糧食儲備和物流中轉。近年來，隨著我國的工業化水平不斷提高，糧食物流技術的不斷創新及糧食“四散化”存儲的要求，在港口糧食物流中轉庫中機械化平房倉已得到廣泛的應用，其吸收了傳統普通平房倉、淺圓倉及立筒倉的優點，集成平房倉的造價低、立筒倉和淺圓倉的機械化于一體，具有自動化程度高，工程綜合造價低，倉容利用率高，能耗、糧食破碎率低等特點，這與我國糧倉建設向“綠色、生態、智能化”模式發展相適應。

本文以一種大跨度機械化散裝平房倉為例對設計要點進行淺析，軸線尺寸為80.5 m×45 m，分成2個厫間，檐墻最高堆糧高度為8.0 m，山墻最高堆糧高度為19 m。雙坡頂，坡頂高度22.3 m，根據工藝要求設置了倉上封閉設備通廊,并配套輸送設備轉接塔、輸送棧橋等輔助設施。

1 工藝設計

工藝設計是建設項目設計的核心。工藝設計應嚴格遵守“因地制宜，布局合理，先進科學，成熟可靠，智能高效，環保節能”的設計理念，以“優質、高效、靈活、節省”的原則，確定糧食物流工藝和設備選型。

1.1 散糧接收工藝

本倉型主要適用于以玉米、大豆等易壓實、板結、破碎、堆糧高度不能過高的物料的快速中轉。對于港口來糧可通過機械化設備輸送棧橋轉接至倉頂多點卸料輸送機將糧食卸入散裝平房倉。對于汽車來糧可通過移動式輸送設備接卸，然后從倉門用移動式輸送設備搭接入倉，實現汽車來糧進倉工藝。機械化平房倉進出倉剖面示意見圖1。

圖1 機械化平房倉進出倉剖面圖

(1)港口來糧

港口來糧→取樣化驗→輸送轉接設備→清理、計量設備→倉頂多點卸料輸送設備→入散裝平房倉。設備輸送能力600 t/h。

(2)汽車來糧

汽車來糧→取樣化驗→地中衡計量→移動式接收設備→移動式輸送設備→入散裝平房倉。每條線設備輸送能力300 t/h。

1.2 散糧發放工藝

(1)倉底機械化發放工藝

在平房倉倉中心設置一條出倉輸送設備通道，實現機械化出倉作業功能。工藝流程為：倉內散糧→機械化出倉輸送設備→提升設備→計量→輸送轉接設備→發往碼頭或裝車發放，設備輸送能力600 t/h。

(2)側壁發放工藝

在平房倉四周分別設置了2個高發放口及12個低發放口，再結合移動輸送設備實現快速發放功能。工藝流程為：倉內散糧→側壁高發放口(300 t/h)→汽車轉運→地磅計量→發放至碼頭或公路發放；倉內散糧→側壁低發放口(300 t/h)→移動式裝車設備→汽車轉運→地磅計量→發放至碼頭或公路發放。

(3)倉內余糧清倉工藝

倉內余糧主要有裝載機、多功能扒谷機、移動式皮帶輸送機等設備完成清倉作業，其工藝流程為：倉內余糧→裝載機(多功能扒谷機→移動式皮帶輸送機)→汽車轉運→地磅計量→發放至碼頭或公路發放。

1.3 主要設備選型

針對本項目的特點，散糧入倉系統對糧食破碎率、設備運行穩定性等要求尤其重要。為充分提高倉容利用率，倉頂每隔6 m設置了1個入倉進料口，并配置一個抑塵防破碎裝置。入倉設備采用多點卸料輸送設備，目前，在國內糧食物流行業使用較多的多點卸料輸送設備主要有卸料小車皮帶機、埋刮板輸送機和多點卸料皮帶機3種。

(1)卸料小車皮帶機可以滿足多點卸料，是糧食行業應用較早的進倉設備，技術成熟，但移動卸料小車體積比較龐大，自重大，由于要在二根鋼軌上移動，對機架的強度要求高；設備無法密封，工作時環境粉塵難以控制且故障率高，為防止風雨，筒倉倉頂要加設罩棚，土建費用高。另外，卸料小車皮帶機拋料高度相對較高，能耗相對較高，且為了控制卸料時產生的大量粉塵，新型卸料小車在頭部設置了一套專用的集中式除塵系統，從而又增加了卸料小車的重量，使凈重達到20 t以上[2]。

(2)埋刮板輸送機是比較傳統的實現多點卸料功能的輸送設備，具有密封性能好，分配靈活、體積小等優點。但其設備的動力較大、糧食破碎率高，能耗大，長距離輸送需多條設備搭接才能實現。同時由于長時間運行，其刮板、鏈條及底板磨損較大，需要定期維護更換；因此，在機械化平房倉應用較少。

(3)全密封固定犁式皮帶輸送機結合了埋刮板輸送機和氣墊皮帶輸送機的優點，工藝布置簡單靈活，輸送帶基本上是水平布置，需要在倉頂架設鋼結構棧橋，可以直接在倉頂安裝，在很大程度上減小了輸送機的功率。由于無二次拋料，降低了物料輸送過程中的破碎率。具有密封性好、破碎率低、能耗低、易維護、更環保等優點。

從長期運營成本和投資的角度來看，選擇更加環保、節能的多點卸料皮帶機是更合適的選擇。

1.4 安全儲糧工藝設計

糧食儲存應遵循“以防為主、綜合防治”的方針，本著安全、經濟、有效的原則，采取切實可行的防治措施，控制入庫糧的含水量、含雜量等指標，對入庫糧食進行取樣檢測，保證糧食各項指標在安全范圍以內，對儲糧品質進行定期和不定期檢測，嚴格控制儲糧的輪換時間。

可根據當地氣候、儲存期、物料性質等實際情況配置智能通風、糧情檢測、谷物冷卻等設施，保證儲糧安全。考慮到清倉設備方便進出作業，機械化平房倉建議采用地槽通風；由于機械化平房倉進糧后不考慮平倉作業，糧食自然堆積后中部與檐墻處的裝糧高度差別較大，設計宜分別設獨立通風道，防止短路；機械化平房倉裝糧高度較高，可在梁上設置吊掛測溫電纜[3]。

1.5 智能化控制設計

設置智能化控制、預警、監測系統，控制室內采用計算機PLC系統集中監控，以信息化手段促進出入倉作業自動化、倉儲作業的智能化、業務管理的科學化，確保物流和信息流的有效統一，有效提高管理水平和經濟效益。全面整合糧食收儲業務信息資源，對糧情、質量、安全等關鍵指標進行動態實時監控。

2 建筑結構設計

機械化平房倉墻體承受糧食側壓力部分為鋼筋混凝土墻，厚度250～350 mm，其他墻體為砌體墻，屋面為鋼結構。火災危險性分類為丙類2項，防水等級為Ⅱ級。墻體頂部設置不銹鋼防風雨百葉窗進行自然通風。平房倉分兩個廒間，每個廒間設三樘大門，用于清倉機械進出。在大門內側設置專用擋糧門，其承壓能力應大于滿倉堆糧時的糧食側壓力，以便保證使用安全，同時在大門兩側門柱上設置安全系留裝置。倉上層通廊為全鋼結構，擱置設備的局部屋面為壓型鋼板復合屋面。根據平房倉使用需要，在兩側檐墻內側堆糧面以上位置設置了通長的檢查平臺。

倉內最小堆糧高度8 m，最大堆糧高度19 m，糧食存放時間短，倉內進出糧中轉較頻繁，主體結構循環受力，倉內堆糧時，糧食側向水平力較大，對結構構件的受力要求很高；倉內出糧時，糧食出料速度較快，需考慮不對稱出糧引起的倉內偏心荷載。基礎設計需綜合考慮堆糧及進出糧的不同受力情況，并考慮在滿倉糧食作用下的地基承載力驗算及倉內地基變形計算。同時抗震設計按滿倉及空倉多種工況分別設計，并考慮水平地震作用對主體受力構件的不利影響。所以本工程的主體受力構件及基礎形式是結構設計的重點難點。機械化平房倉剖面示意見圖2。

圖2 機械化平房倉剖面圖

經過多方案選型對比：上部主體結構采用鋼筋混凝土排架柱和混凝土墻，結構體系采用鋼筋混凝土排架結構，該方案可以發揮出構件的受力優勢，利用混凝土的受壓優勢和鋼筋的受拉優勢，最大限度的利用構件的受力性能。糧食側力通過混凝土墻傳遞給混凝土柱，再通過柱傳遞給基礎，結構傳力路徑清晰，整體受力性能好，同時采用混凝土構件現場施工較為方便，且混凝土構件保溫隔熱性能好，有利于糧食儲存，后期運營維護成本少。

屋面采用大跨度鋼結構屋面，減少室內結構柱，增大糧食進出的操作空間。同時在屋面鋼梁與混凝土柱節點位置，考慮糧食水平推力導致的主體構件變形影響，設計采用應力釋放方案，梁柱節點位置采用彈性支座釋放變形，最大限度的降低糧食水平側力和水平地震作用對屋面結構體系的影響。保證在滿倉堆料的情況下，結構上部主體的受力安全。

主體排架及出糧通道采用預制樁基礎，倉內地坪采用水泥攪拌樁。該基礎施工流程簡單，綜合造價低。主體結構采用樁基礎，并考慮樁間土的綜合效應，采用樁土共同受力，抵抗上部糧食側力傳遞的水平荷載。同時加大基礎埋深，保證結構主體基礎穩定受力安全。并在倉內水泥攪拌樁施工前，先利用糧食堆載進行壓倉，待地坪沉降趨于穩定后，根據實際沉降觀測數據進行計算確定水泥攪拌樁的樁長及數量，利用糧食堆載優勢減少倉內地坪的處理深度，進一步降低基礎綜合造價。

3 粉塵防爆設計

本項目在粉塵爆炸危險場所的分區中，封閉式設備內部屬于20區，散裝平房倉內部、平房倉倉頂封閉式通廊在防爆規范中屬于21區，敞開式轉接塔、敞開式皮帶機棧橋屬于22區，其余生產區域屬于非危險區域。應按照《糧食加工、儲運系統粉塵防爆安全規程》(GB 17440—2008)等規范要求進行相關設計。

(1)盡量遠離辦公區和生活區，設不少于2個安全出口，平房倉屋面采用輕鋼屋面作為泄壓設施，窗戶均采用不銹鋼百葉窗，既能便于粉塵擴散，也可以作為泄壓設施。地面采用不發生火花的地面，且應平整、光滑，易于清掃。防火墻耐火極限為4 h。建筑物內表面和構件表面應光滑平整，以減少粉塵的聚積。

(2)工藝設計合理，簡化工藝流程，避免多次提升；選用運轉平穩，密閉性能較好的設備，控制輸送設備的線速度；輸送機的傳動機構采用齒輪減速器，電動機與減速器之間使用彈性聯軸器，而不采用皮帶傳動，對于離心式通風機則盡可能選用直聯式傳動。多點卸料皮帶輸送機等輸送設備設跑偏、失速等安全檢測裝置，對設備運行進行監測，出現故障時，自動停止。

(3)根據粉塵爆炸危險區域的劃分、電氣設備的種類和防爆結構的要求，選擇相應的電氣設備；所有工藝設備外殼、溜管、風網管道等金屬構件做等電位連接并接地，以防靜電火花；爆炸性環境內設置的防爆電氣設備符合現行國家標準的產品；電機、燈具等電氣設備各回路均裝設短路和過負荷保護裝置；所有通過危險區域的電纜、導線均采用阻燃型。

4 結論與展望

隨著我國糧食物流行業的迅速發展，糧食物流基礎設施的建設正方興未艾，機械化平房倉憑借其倉容量大、占地面積小、機械化程度高等獨特優勢，該倉型將得到廣泛的應用。同時，隨著我國社會和經濟的發展，勞動力成本逐步提高，“以人為本”深入人心，人們要求降低勞動強度，改善工作環境，因此提高倉庫的機械化、智能化程度是順應發展要求，降低物流成本的必然選擇，在糧食物流項目中機械化平房倉將逐步取代普通平房倉；另外，我國土地資源日趨緊張，在提高土地利用率上，機械化平房倉相對普通平房倉優勢明顯；再之，機械化平房倉具備多種功能，既可儲存糧食，又可儲存散雜貨，也可儲存、轉運散落性差的物料，在港口等項目上，相對淺圓倉和立筒倉具有優勢[3]。

綜上所述，大跨度散糧機械化平房倉的市場應用前景廣闊，符合糧食物流行業發展趨勢，具有很強的推廣意義。