某粮食平房仓库结构设计分析_陈维钟.pdf

2023 年第 06 期总第 300 期福 建 建 筑Fujian Architecture&ConstructionNo 062023Vol300某粮食平房仓库结构设计分析陈维钟(福建建工装配式建筑研究院有限公司 福建福州 350001)摘 要:粮食平房仓库采用钢筋混凝土排架结构,纵横墙和排架结构共同受力,粮食荷载对仓壁的作用包括作用于仓壁的水平压力和竖向摩檫力,水平压力通过墙体和圈梁的组合体系,按一定的传力模式最终传到排架结构上。为此,探究分析粮食平房仓库的结构设计原理及注意点,并以实际工程为例,梳理分析墙体、排架体系、基础受荷情况及计算简图,以及屋盖双层板体系的合理选择和上层采用装配式预制板的优势。分析结果,对粮食平房仓库项目结构设计具有一定的参考和指导意义。关键词:粮食平房仓库;排架结构;设计原理;屋盖双层板体系;装配式预制板中图分类号:TU3 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2023)06-0074-05Structural design analysis of a grain bungalow warehouseCHEN Weizhong(Fujian Construction Engineering Prefabricated Building Research Institute Co.,Ltd.,Fuzhou 350001)Abstract:The grain bungalow warehouse adopts a reinforced concrete bent structure,where the vertical and horizontal walls and the bentstructure are jointly subjected to force.The effect of grain load on the warehouse wall includes horizontal pressure and vertical friction forceacting on the warehouse wall.The horizontal pressure is transmitted to the bent structure through a combination system of walls and ringbeams according to a certain force transmission mode.To this end,explore and analyze the structural design principles and precautions ofgrain bungalow warehouses,and take practical engineering as an example to sort out and analyze the load conditions and calculation dia-grams of walls,bent frame systems,foundations,as well as the reasonable selection of double layer roof panel systems and the advantagesof using prefabricated panels in the upper layer.The analysis results have certain reference and guiding significance for the structural de-sign of grain bungalow warehouses.Keywords:Grain bungalow warehouse;Bent structure;Design principle;Double deck roof system;Prefabricated prefabricated panels作者简介:陈维钟(1987.03-),男,工程师。E-mail:398369164 收稿日期:2023-04-140 引言2022 年,福建省进一步推进全省粮食增储扩容,增加了 7 个省级粮食储备库新改扩建项目。按照计划,福建全省应在一年内,增加 50 万 t 地方政府储备粮规模。为此,做好粮库设计工作,是完善粮食储备体系的重要环节之一,具有重要的社会意义。包装打围方式储粮需要麻袋等灌包堆垛,操作麻烦且成本高、仓容利用率低1;而散装粮食平房仓库具有仓容利用率高、施工简便、建设周期短、发挥效益快等特点,已经是目前中、长期储粮常用的仓储方式,但也有对墙体要求较高,受力较为复杂等特点。本文以某储备粮中心库扩建项目为例,开展对散装粮食平房仓库结构设计原理研究,并通过详细的计算数据分析,直观理解粮食平房仓库结构设计方法。1 工程概况福建省某储备粮中心库扩建项目,扩建 7#、8#平房仓及仓间罩棚,总建筑面积 3862.92 m2,单仓仓容 6400 t(按散装小麦计)。储存品种类别为小麦(密度为750 kg/m3)或密度750 kg/m3的其它无粉尘爆炸危险粮食品种,储粮高度为平堆 7 m,室外地坪至檐口顶与屋脊的平均高度为 12.195 m。建筑抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为 6 度,设计基本地震加速度 0.05 g,设计地震分组为二组,场地类别为类,特征周期 Tg=0.40s,50 年一遇基本风压为 0.60 kN/m2,地面粗糙度类别为 B 类;结构形式采用 24 m 跨度钢筋混凝土排架结构,柱距 6 m,檐墙、山墙、廒间墙采用 490 厚烧结普通砖,查粮梯部分采用 200 厚加气混凝土砌块,屋面采用钢筋混凝土现浇屋面+预应力混凝土大型屋面板双层板结构。堆粮线以下平面图如图 1 所示。2023 年 06 期 总第 300 期陈维钟某粮食平房仓库结构设计分析75 图 1 堆粮线以下平面图2 墙体计算散装平房粮库,粮食荷载对檐墙、山墙、廒间墙作用,包括水平压力和竖向摩擦力。为了减少墙体厚度,排架柱高度范围内一般会增设几道圈梁。假设排架柱间距 s,圈梁间距 b。当 s/b 2.0,墙体承受的水平荷载全部直接传给圈梁,由圈梁传给排架柱,此时圈梁承受均布荷载作用。一般情况下,在浇捣钢筋混凝土排架时,预留圈梁插筋,当墙体砌到圈梁位置时,再浇捣圈梁,保证圈梁和排架柱节点为刚性连接,按两端固定的梁分析内力;当圈梁与排架柱节点不能保证刚性连接时,按两端简支的梁分析内力2。檐墙、山墙、廒间墙在堆粮线以下一般较厚,墙体抗压承载力一般可以满足要求,可不用计算。墙体在第二种 0.5s/b2.0 情况,墙体应按四边支撑在周边圈梁或排架柱的双向板计算,竖向应复核沿通缝破坏的弯曲抗拉强度及与圈梁交接处抗剪强度,水平应复核沿齿缝破坏的弯曲抗拉强度及与排架柱交接处抗剪强度;墙体在第三种 s/b 2.0 情况,墙体应按两边支撑在上下圈梁的单向板计算,竖向应复核沿通缝破坏的弯曲抗拉强度及与圈梁交接处抗剪强度。图 2 檐墙梁柱结构布置立面图该项目 7#、8#平房仓横墙位于标高 1.300、2.800、4.600、7.000 标高处设置 490 240 承受粮食水平侧压力的水平圈梁,如图 2 所示,可按以上第三种方式传力。墙体厚度 490 mm,采用烧结普通砖,砖强度 MU10,混合砂浆强度 M10。弯曲抗拉强度设计值 ftm=0.17 MPa,抗剪强度设计值 fv=0.17 MPa。深度s 处粮食作用于侧墙单位面积上的水平压力标准值,Phk=ks,查粮食平房仓设计规范3附录 B 主要粮食的设计用物理参数,小麦重度 =8.0 kN/m3,粮食侧压力系数 k=0.3562,粮食对墙面的外摩擦角 =21.8,水平圈梁计算简图如图 3 所示。圈梁处水平侧压力标准值计算如下:Phk1=0.3562 8 7.0=20 kN/m;Phk2=0.3562 8 5.7=16.24 kN/m;Phk3=0.3562 8 4.2=12.0 kN/m;Phk4=0.3562 8 2.4=6.84 kN/m。散装平房仓墙体可按粮食平房仓设计规范3第 6.2.5 条规定计算,水平圈梁间砌体取单位宽度竖向条带,并按简支梁计算内力,以 A 段计算墙体为例:压力比:=Phk2Phk1=16.2420=0.8143;压力比参数:=2+13=0.9087;支座反力标准值:R1k=(Phk2+2Phk1)l6=11.62 kN;简支梁最大弯矩:Mmaxk=Phk1l26X23-(1+)(1-)2=3.8 kN m。砌体可按受弯构件进行计算,MftmW,截面抵抗矩 W=bh2/6;76 福 建 建 筑2023 年h6Mftmb=418 mm,采用 490 mm 厚度,满足要求。砌体和水平圈梁连接处,应计算通缝的抗剪强度,Vfvbz,内力臂 z=2h/3;h1.5Vfvb=133 mm,采用490 mm 厚度,满足要求。图 3 水平圈梁计算简图 散装平房粮仓山墙及廒间墙设置抗风柱或内部柱以及水平圈梁,墙体及圈梁受荷情况及计算原理可按上述的方法分析。3 排架计算排架计算简图如图 4 所示。框排架主要承担的荷载包括:永久荷载:结构自重、屋面板传递过来的有效受荷面积范围内的楼面恒载,或其他加在结构上时间不变的荷载;可变荷载:粮食传递过来的水平压力和竖向摩檫力、屋面活荷载,或其他加在结构上时间变化的荷载;地震作用;有效受荷面积范围内的风荷载。图 4 排架计算简图 与常规民用建筑相比,主要不同的是粮食可变荷载。例如位于 1.300 标高圈梁处水平力近似 FhK2=16.24 1.4 6=137 kN,作用于排架上水平力计算如图 5 所示。深度 s 处粮食作用于仓壁单位面积上的竖向摩檫力标准值。Pfk=kStan=0.3562 8 7 tan 21.8=8.0 kN/m;总竖向力 Fvk=8.0 6 7/2=167 kN。散装平房仓应按空仓、满仓及单侧堆粮时和其他各种作用的不利组合3,其中满仓时计算如图 6所示。图 5 水平力计算简图图 6 满仓时活荷载简图山墙抗风柱及廒间墙设置的混凝土柱子下端固定在基础上,上端根据与屋面构件连接情况,可按固端或铰接计算。取一个柱间距为计算单元,单元上受到粮食压力、风荷载(廒间墙无风荷载)等全部作用于混凝土柱子上。应特别注意的是,平房仓角部柱子同时承受沿檐墙及山墙方向的粮食压力及风荷载,应考虑双偏压计算。4 基础计算地基与基础计算时,作用在基础上的荷载,除了柱或墙传来的竖向力、水平剪力和弯矩作用外,尚应包括压在基础上的粮食荷载3。该项目基础持力层为第 3 层强风化花岗岩层或第 4 层强风化,地基承载力特征值为 450 kPa 或 700 kPa,土质较好,采用独立基础。排架柱基础经初步计算如图 7 所示,截面为 3200 5000,根部厚度为 900,端部为 600 的偏心锥形基础。排架计算查基础对应最不利标准组合。2023 年 06 期 总第 300 期陈维钟某粮食平房仓库结构设计分析77 图 7 基础计算简图M1k=1999.23 kNm,N1k=1394.91 kN,V1k=550.03 kN;墙体自重(含 20 mm 粉刷):GK1=0.49 18 6 10+20 0.02 2 6 10=577.2 kN;对柱轴线产生偏心距:577.2 0.3=173.16 kN m;室内侧粮食对基础压载:8 7 3.2 1.65=296 kN;对柱轴线产生的偏心距:296 1.375=406 kN m;综合作用于基础面最不利荷载标准值为:MK=1999.23-173.16-406=1420.07 kNm;Nk=1394.91+577.2+296=2268.11 kN,Vk=550.03 kN。散装平房仓基础承受水平荷载较大,需进行基础抗滑移稳定性验算。当为桩基础时,应进行竖向承载力和水平承载力验算。基础抗滑移稳定性应满足公式:(N+GK