糧食平房倉空腹式砌體墻結構設計與分析

林鈺斌

（四川省商業建筑設計院有限公司，四川 成都 610000）

1 引言

散裝糧食平房倉由于其容量大、施工簡單、建造費用低等特點在糧食儲藏領域有著廣泛的應用，逐步成為了糧食長期儲存的主要倉型。常規糧食平房倉多采用排架結構，縱橫墻砌體與排架結構共同受力，承受糧食產生的水平壓力和豎向摩擦力。

現在國內各地的散裝糧食平房倉設計堆糧高度一般超過6m，跨度一般為24m 左右，屬于高大平房倉倉型。堆糧高度越高，糧食對倉壁的水平壓力就越大。對倉壁墻體來說，則需要更厚的墻體或間距更小的圈梁。墻體也更容易形成大偏心，偏心距甚至可能會超過砌體規范限值，對墻體設計和計算提出了更高要求。

2 空腹式砌體墻運用背景

糧食平房倉的墻體實際是同時承受豎向力和水平力的構件，且水平力起著控制作用。當墻體為砌體且由鋼筋混凝土柱與水平聯梁承重時，糧食側壓力視為由水平聯梁間的砌體豎向傳遞給水平聯梁，然后，作為水平向的集中力由水平聯梁傳遞給混凝土柱，再由柱子將豎向力、剪力、彎矩傳遞給基礎。水平圈梁的間距不大于2m 時，可將豎向條帶作為簡支梁計算內力，砌體可按照受彎構件驗算其各項承載力。此為構件級的承載力驗算。

墻體實際還承受屋面自重、墻體自重等豎向荷載，是壓彎構件，應進行整體穩定性分析。砌體中的圈梁僅作為砌體的一部分，整體受力分析時不能視為墻體的支座。當其靜力計算方案采用剛性方案時，可將通高墻體視為底部固接、頂部簡支的單層墻體，并取單位寬度進行計算。以設計堆糧高度6.0m、墻體高度8.2m、墻體厚度490mm 為例，底部墻體彎矩設計值為80.8kN·m，豎向荷載為156.6kN，偏心距為0.516m。根據《砌體結構設計規范》（GB 50003—2011），偏心距超過0.6y 時，應采用組合磚砌體構件，y表示截面重心到砌體上軸向力所在偏心方向截面邊緣的距離，此處y 值為245mm。一般的高大平房倉實心墻體都很難滿足普通砌體構件偏心距不超限值的問題，所以，考慮采用空腹式墻體作為組合磚砌體構件，從而避免與規范矛盾。

空腹式墻體是一種以工字型截面為基本單元的雙葉組合墻體，每隔兩個單元腹板兩端增設混凝土配筋面層，形成組合磚砌體構件。墻體形式如圖1 所示。

3 空腹式砌體墻的工程運用與結構設計分析

3.1 工程概況

該工程建設地點位于四川省雅安市，平房倉主要用于儲藏散裝小麥，設計堆糧線高度為7.0m，單倉建筑面積為1 554.5m2，檐口高度為11m，結構跨度為24m，墻體高度為9.2m，屋面采用折線型屋架和混凝土屋面板。項目共有4 個倉，每個倉有3 個廒間，3 個廒間總倉容量為7 325t。

建筑的抗震設防類別按丙類，抗震設防烈度為7 度，場地的設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度為0.15g，地勘報告顯示場地類別為Ⅱ類，得出場地特征周期為0.40s，結構的安全等級為二級。場地地表土為粉土，地基條件較好，基礎采用柱下獨立基礎，基礎持力層為松散卵石。該地區基本風壓為0.30kN/m2，50 年一遇的基本雪壓為0.20kN/m2，地面粗糙度類別為B 類。

3.2 結構選型情況

該平房倉采用混凝土排架結構，墻體采用空腹式磚砌墻體，每個空腹式墻體單元的兩側翼緣厚度均采用240mm，中空部分厚度為510mm，墻體總厚度為990mm，腹板部分寬度采用370mm。排架縱向分別在標高±0.000m、6.000m 和柱頂標高增設框架梁拉結，形成框排架結構，梁截面分別為500mm×990mm、400mm×900mm 和500mm×900mm。框架柱截面采用500mm×990mm，柱子間距6m。主體結構為混凝土框架梁柱受力，側墻按照填充墻設置，但是，由于砌體墻要承受糧食產生的水平壓力，實際的砌體墻是與排架結構共同受力。在正負零標高建筑四周和中間墻體下方設置一圈框架梁，用于承擔上部墻體豎向荷載，傳力途徑也較清晰。同時，可以增強結構的整體性，有利于抵抗地震力等水平荷載。《糧食平房倉設計規范》（GB 50320—2014）規定，當墻體為砌體，且由鋼筋混凝土柱與水平聯梁承重時，糧食的水平側壓力由水平聯梁間的砌體豎向傳遞給水平聯梁，然后作為集中力由水平聯梁傳遞給混凝土柱。按此受力模式，墻體實際為單向板受力，其長寬比應不小于2。故在2.950m 標高增設一道300mm×990mm 的圈梁，將墻體劃分為長寬比不小于2 的豎向受力條帶。平房倉屋面橫向跨度為24m，采用預應力鋼筋混凝土折線型屋架和預應力混凝土屋面板，分別選自國家標準圖集04G415-1 和04G410-1。

3.3 混凝土梁、柱設計

混凝土梁承受墻體傳來的水平方向荷載，同時，承受砌體的豎向荷載，按照雙向受彎構件計算梁的受彎、受剪承載力。梁以水平和豎向集中力的形式將荷載傳給混凝土框架柱，框架柱為壓彎構件。受力分析時，同時考慮風荷載、地震作用等水平荷載的組合。糧食荷載的分項系數取1.3。框架梁按照兩端固接計算，圈梁按兩端簡支計算，框架柱按照底部固接頂部懸臂計算。框架柱頂部約束足夠大時，如采用現澆混凝土板，柱頂也可以按照鉸接支座。

3.4 空腹式砌體墻整體穩定性計算

砌體墻采用空腹式砌體墻，腹板間距為1.2m，考慮每隔2.4m 設置混凝土面層，取兩個腹板間距為一個組合磚砌體單元。每個單元腹板兩端設置混凝土配筋面層，形成組合磚砌體構件。砌體采用MU15 燒結普通磚砌筑，砂漿采用M10 混合砂漿。混凝土部分截面為300mm×180mm，強度等級為C30，縱筋采用HRB400 級鋼筋。

此截面單元可簡化為工字型偏心受壓構件，為《砌體結構設計規范》里的磚砌體和鋼筋混凝土面層的組合砌體構件。由于墻體承受水平壓力較大，墻體產生的彎矩較大，此類墻體基本都是大偏心受壓構件。該單元取2.4m 寬度為一個受力單元，高度取全墻高度9.2m，按照下端固接上端鉸接整體計算。根據混凝土和磚砌體共同受壓原理,按照組合砌體偏心受壓構件的計算公式可以計算出截面的受壓區高度，進而計算出混凝土部分的縱向受拉鋼筋面積。關于組合磚砌體的縱筋及連接箍筋，規范里有一定的要求。為了增強空腹墻體的穩定性，一般在面層之間設置箍筋拉結，箍筋豎向間距根據砌體的模數設置，一般可為360mm。同時，墻體內部的水平拉筋建議通長設置，且靠墻體外側的水平筋放置在組合砌體縱筋內側，有效增強墻體與組合砌體之間的拉結。配筋組合磚砌體配筋構造如圖2 所示。

圖2 組合磚砌體配筋

3.5 空腹式砌體墻局部承載力計算

空腹式砌體墻在設置為混凝土組合砌體后，沿通高方向能滿足整體穩定性要求，不至于整體性的破壞。聯梁之間的墻體需要按照豎向條帶計算其局部受彎、受剪承載力。豎向條帶視為簡支梁，取一個工字型單元為1.2m 寬，上下端鉸接，梁跨度取水平聯梁間距。空腹式墻體采用工字型截面，具有較大的抗彎截面抵抗矩，抗彎能力有很大提高，所以，聯梁間距不一定控制在2m 以內，可根據抗彎、抗剪承載力倒算出聯梁間距。本項目聯梁間距控制在2.95m 和3.05m，既保證了單向板長寬比大于2 的要求，也充分利用了砌體強度，控制了聯梁數量，減少了造價。對于兩個腹板之間的單層墻體、直接與糧食接觸的那一側也應進行抗彎抗剪承載力驗算。該處砌體厚度為240mm，可將相鄰的兩個腹板視為其鉸接支座，受力范圍也僅為830mm，不利位置為墻體最底側，受糧食側壓力最大，一般也很容易通過承載力驗算。

4 空腹式砌體墻的優缺點

當設計堆糧高度相同時，相較于相同長度的實心砌體墻，空腹式砌體墻的厚度較大，聯梁截面相對較寬。通過初步測算，砌體材料用量增加約35%、聯梁混凝土用量增加約38%（見表1）。另外，在孔洞位置澆筑混凝土聯梁時，可能出現支模拆模不方便的問題。

表1 實心墻與空腹墻材料用量對比

空腹式砌體墻的優點：一是空腹式砌體墻設置了混凝土配筋面層，避免了大偏心受壓情況下，采用無筋砌體方案與規范相矛盾的問題。二是混凝土聯梁數量減少了約40%，施工時等待混凝土硬化凝固的時間減少，從而縮短了工期。三是由于空腹式墻體中空的特點，中空部分有效阻隔了夏季室外高溫向室內傳導，墻體隔熱能力提高。四是制冷回風管道可以從中空部分豎向通至堆糧線以上，保持外立面平整，沒有凸出的扶壁柱或管道，更加整潔和美觀。我國西南地區常年多雨潮濕，夏季高溫炎熱，對糧食儲藏管理有一定難度。空腹式砌體墻盡管材料用量比傳統糧食平房倉墻體稍多，但其具有較好的隔熱防潮能力、施工工期縮短等特點，使其在四川乃至西南地區都得到了推廣應用。針對空腹式墻體在空洞位置澆筑混凝土聯梁時，支模拆模不方便的問題，工程上一般在梁底以下一定高度將兩側砌體逐層收攏，在梁底形成砌體模版，可直接在砌體上綁扎鋼筋建筑混凝土。

5 結語

高大散裝糧食平房倉可采用空腹式砌體墻，設計時應按照實際情況進行簡化。從整體穩定性計算到局部構件的承載力分析應盡可能全面，確保平房倉結構的安全性。空腹式砌體墻抗彎、抗剪、隔熱和防潮性能良好，是一種值得推廣的散裝糧食平房倉墻體。