立式倉的滑模設(shè)計

◎ 張志偉，周躍忠，林炳然

（杭州市仁和糧食儲備有限公司，浙江 杭州 311107）

在立式倉建設(shè)過程中，為滿足施工速度快、現(xiàn)場施工場地占用少、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)、抗震性能好、作業(yè)安全有保障、機(jī)械化應(yīng)用程度高及施工環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合效益顯著提高的需要，通常采用滑模技術(shù)[1]。在滑模前，模板結(jié)構(gòu)形狀、牽引設(shè)備等一系列的設(shè)計和荷載運(yùn)算是施工過程中最關(guān)鍵的一步，本文主要對滑模中一系列的設(shè)計和荷載運(yùn)算等進(jìn)行闡述，以期為滑模施工提供參考。

1 操作系統(tǒng)

本文采用GYD－60型滾珠式千斤頂為例，以每榀開字架設(shè)置1臺千斤頂?shù)挠嬎闳缦拢?/p>

式中：N-千斤頂需要數(shù)量，只；∑F-全部荷載綜合，包括平臺自重、施工荷載、摩擦阻力，kN；P-千斤頂提升力，kN；φ-千斤頂整體拆減系數(shù)，與平臺鋼度及設(shè)計系數(shù)有關(guān)，φ＝1.0時，結(jié)合模板的摩阻力、平臺自重、施工荷載及組合荷載等，利用上述公式計算出滑模實際需要的千斤頂數(shù)量。

支撐桿載荷的計算公式為：

式中：P0為支撐桿的允許承載荷；α為工作條件系數(shù)取0.7～1.0，一般整體剛性平臺取0.7、分割式平臺取0.8；K為安全系數(shù)，不小于2.0；L為支撐桿脫空長度，cm。當(dāng)支撐桿在結(jié)構(gòu)體內(nèi)時，L為千斤頂下卡頭到混凝土上表面的距離，kN。正?；龝r，支撐桿脫空長度取90 cm，支撐桿承載力為P0=支撐桿滿足滑模要求。

2 提升架

提升架又叫門架，提升架的主要作用是防止模板側(cè)向變形，在滑升過程中將全部垂直荷載傳遞給千斤頂，并通過千斤頂傳遞給支撐桿，把模板系統(tǒng)和操作平臺系統(tǒng)連成一體，因此提升架必須有足夠的剛度，在荷載作用下，其立柱的側(cè)向變形應(yīng)≤2 mm。提升架由立柱、橫梁、牛腿和外挑梁架等組成。橫梁由10#、12#槽鋼制作，立柱用槽鋼、角鋼、鋼板焊接而成。提升架的2根立柱必須保持平行，并與橫梁連接成90°，本文采用的提升架為雙橫梁的“開”字形提升架。

2.1 橫梁的計算

當(dāng)橫梁與立柱剛性連接時，彎矩M按兩端固定梁計算，計算公式為[2-3]：

式中：P為千斤頂?shù)捻斏?，kN；L為橫梁的跨度，cm。提升架荷載和受力簡圖見圖1。

2.2 立柱的計算

立柱的強(qiáng)度計算公式如下：

式中：M為水平力對立柱產(chǎn)生的彎矩，N，M=H111+H212；H111、H212為作用于立柱的水平力，kN（混凝土的側(cè)壓力、沖擊力等）；N為作用于立柱上的豎向荷載，kN，N=N1+N2+N3+N4+N5；N1、N2為模板的自重和摩擦阻力，kN，由圍圈傳給立柱的垂直力，kN；N3、N4為上、下操作平臺傳給立柱的垂直力，kN；W為立柱截面的抵抗矩，kN；A為立柱截面積，cm2。

3 圍圈結(jié)構(gòu)

圍圈又稱圍檁，用于固定模板，采用L75×7角鋼。圍圈是模板系統(tǒng)中的橫向支撐，沿倉內(nèi)、外壁截面周長進(jìn)行設(shè)置，上、下各一道。模板固定在圍圈上，圍圈同時承受水平荷載（混凝土側(cè)壓力、沖擊力和風(fēng)力）和垂直荷載（模板和圍圈自重力、摩阻力、操作平臺的自重力和施工荷載）[4]。

圍圈的計算可按三跨連續(xù)梁支撐在提升架上，計算跨度的間距，見圖2。由于混凝土輪圈依次澆注，作用在圍圈上的荷載并非均布于各跨支撐點上，按最不利的情況取荷載。由于圍圈同時受到水平和垂直荷載的作用，因此要受雙向彎曲的連續(xù)梁計算，計算公式如下：

式中：H為圍圈承受的水平荷載，kN；V為圍圈承受的垂直荷載，kN。圍圈計算圖見圖2。

圖2 圍圈計算圖

（1）提升架的間距。a.模板側(cè)壓力F=0.22×25×b.水平總荷載為F=5×116=580 kN；c.垂直總荷載為477 kN；分別求得Mx=0.117×580×1.3×1.3=115 kN·m；My=0.117×477×1.3×1.3=94 kN·m。

（3）圍圈撓度計算。

（4）穩(wěn)定性計算。

4 內(nèi)力位移

4.1 最不利內(nèi)力

由于平臺為圓形（或方形、矩形）空間結(jié)構(gòu)體系，各桿件形狀、截面、連接方式、角度不一樣，準(zhǔn)確計算較為困難，一般都化簡為平面結(jié)構(gòu)形式，并作某種假定進(jìn)行計算[5]。各效應(yīng)組合下最大支座反力設(shè)計值見表1。

表1 各效應(yīng)組合下最大支座反力設(shè)計值表

框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算與設(shè)計對工程的框架受力有直接的影響。為了保證建筑工程的安全，設(shè)計人員在設(shè)計時，需要根據(jù)工程的實際需要，結(jié)合工程的特點，在設(shè)計中盡可能地采用安全合理的設(shè)計方案，進(jìn)而保證整個設(shè)計的科學(xué)合理。各效應(yīng)組合下最大支座反力標(biāo)準(zhǔn)值表見表2。

表2 各效應(yīng)組合下最大支座反力標(biāo)準(zhǔn)值表

4.2 內(nèi)力包絡(luò)及統(tǒng)計

設(shè)計承荷載的結(jié)構(gòu)（如吊車梁、樓蓋連續(xù)梁及橋梁結(jié)構(gòu)等）時，需要求出每個截面的最大內(nèi)力和最小內(nèi)力（最大負(fù)值）。連接各截面最大、最小內(nèi)力的圖形，稱為內(nèi)力包絡(luò)圖。實際工作中的內(nèi)力包絡(luò)圖，應(yīng)同時考慮恒載和移動荷載（活載）的作用，而且移動荷載還要考慮其動力作用的影響。具體做法是將考慮動力影響后的移動荷載產(chǎn)生的內(nèi)力與恒載作用下的內(nèi)力按可能發(fā)生的最大、最小內(nèi)力疊加，根據(jù)各截面疊加后的最大、最小內(nèi)力繪制內(nèi)力包絡(luò)圖。按軸力N最大顯示構(gòu)件顏色圖見圖3。軸力N最大的前3個單元的內(nèi)力表見表3。按軸力N最小顯示構(gòu)件顏色圖見圖4。軸力N最小的前3個單元的內(nèi)力見表4。按彎矩M2最大顯示構(gòu)件顏色見圖5。彎矩M2最大的前3個單元的內(nèi)力見表5。按彎矩M2最小顯示構(gòu)件顏色見圖6。按彎矩M2最小的前3個單元的內(nèi)力見表6。按彎矩M3最大顯示構(gòu)件顏色見圖7。彎矩M3最大的前3個單元的內(nèi)力見表7。按彎矩M3最小顯示構(gòu)件顏色圖見圖8。彎矩M3最小的前3個單元的內(nèi)力表見表8。

表3 軸力N最大的前3個單元的內(nèi)力表

表4 軸力N最小的前3個單元的內(nèi)力表

表5 彎矩M2最大的前3個單元的內(nèi)力表

表6 彎矩M2最小的前3個單元的內(nèi)力表

表7 彎矩M3最大的前3個單元的內(nèi)力表

表8 彎矩M3最小的前3個單元的內(nèi)力表

圖3 按軸力N最大顯示構(gòu)件顏色圖（單位：kN）

圖4 按軸力N最小顯示構(gòu)件顏色圖（單位：kN）

圖5 按彎矩M2最大顯示構(gòu)件顏色圖（單位：kN·m）

圖6 按彎矩M2最小顯示構(gòu)件顏色圖（單位：kN·m）

圖7 按彎矩M3最大顯示構(gòu)件顏色圖（單位：kN·m）

圖8 按彎矩M3最小顯示構(gòu)件顏色圖（單位：kN·m）

4.3 組合位移

為了解高烈度區(qū)高層混合結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)情況,本文對一型鋼混凝土框架──鋼筋混凝土筒體模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，討論了外框架連接、梁和柱距等形式變化時對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響,并對框架柱在不同加速度地震波輸入時可能發(fā)生的破壞模式進(jìn)行了研究，可為該類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。最大正位移組合見圖9，最大負(fù)位移組合見圖10。

圖9 最大正位移組合1：Uz圖（單位：mm）

圖10 最大負(fù)位移組合1：Uz圖（單位：mm）

5 材料計算

材料：Q235；彈性模量：2.06×105N/mm2；泊松比：0.30；線膨脹系數(shù)：1.20×10-5；質(zhì)量密度：7 850 kg·m-3[2]。

5.1 計算結(jié)果圖及統(tǒng)計表

根據(jù)計算分析模型，進(jìn)行規(guī)范檢驗，檢驗結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計算要求，應(yīng)力比最大值為0.20，桿件應(yīng)力比分布圖見圖11。按“強(qiáng)度應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色見圖12?！皬?qiáng)度應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗算結(jié)果見表9。按“強(qiáng)度應(yīng)力比”統(tǒng)計結(jié)果表見表10。按“繞2軸應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色圖見圖13?！袄@2軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗算結(jié)果表見表11。按“繞2軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”統(tǒng)計結(jié)果見表12，按“繞3軸應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色見圖14，“繞3軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗算結(jié)果見表13，按“繞3軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”統(tǒng)計結(jié)果表見表14。

表9 “強(qiáng)度應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗算結(jié)果表（所在組合號／情況號）

表10 按“強(qiáng)度應(yīng)力比”統(tǒng)計結(jié)果表

表11 “繞2軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗算結(jié)果表

表12 按“繞2軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”統(tǒng)計結(jié)果表

表13 “繞3軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗算結(jié)果表

表14 按“繞3軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”統(tǒng)計結(jié)果表

圖11 桿件應(yīng)力比分布圖

圖12 按“強(qiáng)度應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色圖

圖13 按“繞2軸應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色圖

圖14 按“繞3軸應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色圖

5.2 計算結(jié)果表

根據(jù)計算分析模型，檢驗結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計算要求。設(shè)計驗算結(jié)果表（強(qiáng)度和整體穩(wěn)定）見表15。普通槽鋼截面示意圖見圖15，最嚴(yán)控制表（強(qiáng)度和整體穩(wěn)定）見表16，普通角鋼（等肢）截圖見圖16。

圖15 普通槽鋼截面示意圖

圖16 普通角鋼（等肢）截圖

表15 設(shè)計驗算結(jié)果表（強(qiáng)度和整體穩(wěn)定）

表16 最嚴(yán)控制表（強(qiáng)度和整體穩(wěn)定）

6 結(jié)論

（1）立式倉施工中，混凝土結(jié)構(gòu)在邊界不變化的規(guī)則幾何截面，采用滑模技術(shù)，可得到快速、高效率的施工制作或生產(chǎn)。在各種規(guī)則幾何截面的混凝土結(jié)構(gòu)上，滑模技術(shù)顯示出明顯的優(yōu)勢。

（2）立式倉施工中，混凝土結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)濟(jì)性和安全性將大大提高，施工制作效率成倍增加。