山西平朔泰安煤业三连体筒仓设计计算

山西平朔泰安煤业三连体筒仓设计计算

苏雷

苏雷

（中煤科工集团北京华宇工程有限公司，河南，平顶山，467001）

【摘要】筒仓作为一种特种工程结构，因筒仓所仓储的物料散体介质有别于其它物料，使其结构设计具有特殊性，与一般的结构设计有很大的区别。本文根据实际工程提出三连体筒仓仓上及仓下计算及设计方法。

【关键词】三连体；筒仓；设计；计算

本工程位于山西平朔泰安煤业工业场地北侧，根据场地及生产的实际需要，筒仓应设计为直径为15米的三连体钢筋砼圆筒仓，三个仓体平面布置为一字排开，仓顶标高+29.940m，筒仓厚度为250mm，仓顶为框架结构，建筑物总高度+38.940m。

1．筒仓的概念

筒仓是用来贮存散装物料的仓库。钢筋混凝土筒仓具有容量大、占地小、运行费用低、便于机械化作业等诸多优点，广泛应用于现代农业、矿业、建材、化工、电力、物流等诸多领域。许多物料的贮存、中转等都是通过筒仓实现的。所以对筒仓结构设计及施工进行研究具有极其积极的现实意义，它是促进社会主义经济建设的重要保证。筒仓作为一种特种结构，其结构类型往往不同于一般的梁板结构，仓储物料的散体介质特性使其设计计算不同于其它一般的结构。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，为了保证煤筒仓工程质量，很有必要对筒仓结构设计进行研究。

用作贮存粮食谷物的叫农业筒仓，用作贮存煤炭、水泥等的叫工业筒仓。本研究的筒仓是用来贮存煤的。贮煤筒仓在我国应用较多，并在设计中已积累了不少的经验。筒仓的设计与施工至关重要，它是工程质量的保证。仓壁的设计强度应符合生产的需要，同时为了方便物料的装卸，筒仓内壁还应平整光滑，使物料易于流出；设计筒仓时，布局应合理，尽量减少占地面积。筒仓的选址也很重要，为了便于运输和保持物料的质量不变，筒仓应建在交通要道上、要建在干燥向风的地段上。为了保证钢板的耐用，不被锈蚀，筒仓不宜临海设置。所处地段供水、排水、供热、供电等设备线路要良好。

对连体筒仓结构设计及施工研究，国外的研究文献较多，而国内的相对比较少，是近几十年才发展起来的。本论文将山西平朔泰安煤业三连体筒仓结构设计及施工工程作为研究对象，对筒仓结构设计原则及计算等进行研究，使随后的工程建设更加具有科学性与合理性。通过本论文寻找出连体筒仓结构设计方案。

2．筒仓的结构特点

筒仓作为一种现代结构,具有高耸特征及荷载大,重心高的特点。筒仓的平面布置；筒仓具有贮存、缓冲和混煤等多种功能。选择合适的筒仓直径和高度以及何种出料方式，应根据工艺条件、地形条件、工程地质条件进行技术经济比较后确定，否则不能发挥最大的经济效益。山西平朔泰安煤业升级改造项目产品仓的工艺要求建三个仓。当储存的物料品种单一或储量较小时，用独立仓或单列布置。当储存的物料品种较多或储量大时，则布置成群仓。仓顶标高+29.940m，筒仓厚度为250mm，仓顶为框架结构，建筑物总高度+38.940m。为了容易施工和钢筋配置，建设钢筋混凝土圆形群仓时，应选用仓壁和筒壁(仓下支承结构)外圆相切的连接方式。筒仓的平面形状，宜优先选用圆形。筒仓按截面形式可划分为方形筒仓和圆形筒仓，其中圆形筒仓具有受力均匀、充分合理利用材料等优点，因而应用较广。为了使滑模能够连续施工，钢筋混凝土筒仓应尽量选择圆形仓。直径大于18米的钢筋混凝土圆形筒仓，因单仓荷载较大。应尽量避免使用群仓布置方案。该升级改造项目工程选用直径为15米的三连体钢筋砼圆筒仓。

3．计算要素

三连体筒仓设计计算共分为基础（筏板基础部分）、仓下（漏斗部分及仓壁）、仓上框架三部分。加载快、荷载大且不均匀是筒仓的主要特点，因而在地基勘察和基础设计时都应特别注意，并在使用初期控制加载速率和加载的均匀性，以免发生事故。为了使设计科学、合理，根据混凝土筒仓设计规范进行仓下漏斗计算、仓上框架计算（筛子振动计算等）；其中仓上及仓下为PKPM建模计算。物料与仓壁之间的摩擦作用，会减小物料对仓壁和仓底的压力。在设计计算时，应分别按深仓及潜仓计算，取计算结果较大值进行配筋设计。

1）建筑的结构形式、层高、柱距、高低层关系，以及刚度和荷载大小都是基础设计时必须考虑的。在本工程中，基础下部土层分别为：

第①层：杂填土，层厚h1=0.30～0.80m；

第②层：湿陷粉土，层厚h2=1.70～3.50m，承载力特征值fak=130kPa；

第③层：粉质粘土，层厚h3=0.70～3.20m，承载力特征值fak=200kPa；

第④层：卵石，层厚h4=3.60～6.60m，承载力特征值fak=300kPa。

第⑤层：卵石，层厚h5=4.40～12.30m，承载力特征值fak=400kPa。

根据以上土层特点，②层土具有湿陷性且承载力较低不适合做持力层，③层土与④层土适合做持力层，考虑如果以③层粉质粘土做持力层计算基础面积太大，故以④层卵石层作为持力层，同时有利于三连体筒仓不均匀沉降的控制。根据上部荷载及下部地质情况采用梁筏基础。

2）仓壁计算时首先判断本工程为高壁浅仓结构，根据《钢筋混凝土筒仓设计规范》GB50077-2003可计算仓壁及漏斗受力。

a.浅仓仓壁单位面积上的水平压力：

Ph=stan2（45°-/2）

b.浅仓漏斗竖向压力计算：

漏斗顶面单位面积上的竖向压力:Pv=hn,

漏斗底面单位面积上的竖向压力:Pv=(hn+hh)，式中hh为漏斗高度.

c.浅仓漏斗壁计算：

漏斗斜壁切向压力：Pt=s（1-k）sincos

漏斗斜壁单位面积上的法向应力：Pn=s

上述计算完成后，采用深仓计算公式进行复核

3）考虑仓上框架结构“鞭稍效应”影响，应分取两种计算模型-单独建立仓上框架和整体建模。单独建模应根据规范通过地震力放大4倍模拟鞭稍效应；取两种模型计算结构较大值进行配筋计算。

底层柱基础处，可按原结构将其视为固定支座，传递系数为1／2；而非底层的柱，其实际上的约束条件并非完全固定，而是弹性约束，因此，对于非底层的柱，其线刚度应乘以O.9的修正系数，同时其传递系数取1／3。

4、结论

本工程于2013年投入运行，根据现场反映使用情况良好。可见采用浅仓与深仓计算相互复核，仓上框架单独建模（地震力放大4倍模拟鞭稍效应）与整体建模相互复核的计算方法是可行，满足筒仓实际使用要求。

另根据仓上框架结构“鞭稍效应”影响，建议筒仓仓上框架结构抗震构造措施应提高一级。