圓筒倉設(shè)計分析與總結(jié)

◎馬　躍（鄭州新智信糧食工程科技有限公司，河南 鄭州 450001）

圓筒倉設(shè)計分析與總結(jié)

◎馬躍
（鄭州新智信糧食工程科技有限公司，河南 鄭州 450001）

通過分析筒倉的形狀、直徑；砌筑材料類型及用量；鋼筋總用量；以及采用筒倉結(jié)構(gòu)形式對比，對具體工程進行分析及探討，確定出最佳、最合理的設(shè)計方案。

筒倉；抽心；筒壁架空或落地；用鋼量

隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，糧食成倍增長，大規(guī)模建設(shè)糧倉已成為必然趨勢。建設(shè)占天不占地的便于機械化和自動化操作的立筒倉庫，已成為糧食部門的一個重要任務(wù)。故向高空發(fā)展的糧食立筒庫將會得到發(fā)展［1，2］。現(xiàn)在將設(shè)計筒倉過程中的一些體會分述如下。

1 筒倉的形狀及其截面面積

立筒倉常由若干個形狀相同的單筒倉平行分列地集合成組。單筒，其平面形狀可以是圓形、四邊形、等邊六角形或等邊八角形，而其截面面積，是按其筒的內(nèi)切圓直徑為D及邊長為A和B，則圓筒的面積為0.785 D2，四邊形筒的面積為A×B，六角筒的面積為0.866 D2或2.598 A2，八角筒的面積為0.828 D2或4.828 A2。

每個相同的單筒集合在一起時，圓形的和八角形的都將圍出一個中間的空隙地位，叫作星倉。由圓筒圍得的星倉面積為0.215 D2，由八角筒圍得的星倉面積約為A2。四邊形及六角形的單筒可以互相緊密搭接，因此組合在一起時沒有星倉形成。

2 筒壁的周長和受力情況

每組立筒倉的造價高低，可將所需筒壁體積的多少作為衡量造價的基本條件。在筒高及壁厚相同的條件下，則可取筒壁的周長為準繩?，F(xiàn)以九個筒體集合在一起，連同星倉在內(nèi)的總面積都是200 m2左右計算。則每平方米筒倉所需筒壁周長：六角形筒為0.542 m，正方形筒為0.58 m，八角形筒為0.605 m，長方形可能達到0.638 m，圓筒為0.716 m。這樣，僅以筒壁體積來看，似以采用六角形筒為最經(jīng)濟，而以圓筒為最不經(jīng)濟。

任何形狀的筒壁在所裝糧食的作用下，水平間產(chǎn)生側(cè)壓力，垂直間產(chǎn)生摩擦力。側(cè)壓力作用于圓筒壁僅受環(huán)向拉力，故可簡易的按照軸心受拉構(gòu)件計算；而對其他多邊形筒壁，則除每邊均有彎矩產(chǎn)生外，另在兩端受到相鄰的支點反力，故需按照偏心受拉構(gòu)件計算。此外，對任何筒壁都要把糧食豎向摩擦力加在由上傳下的荷載之內(nèi)。合并驗算在垂直向的受壓或受彎。

3 一般采用圓筒的理由及確定壁厚的因素

由圓筒組合成的倉群，既然已如上述所需筒壁體積最多，但何以在實際建筑中卻常見而被普遍采用。其理由是圓筒的受力情況比任何多邊形筒都簡單，因此不僅可用鋼板或鋼筋混凝土構(gòu)造，也可利用砌體在齒縫截面內(nèi)的抗拉強度而用磚砌，或用其他地方材料做成環(huán)狀圍段，使成偏心受壓構(gòu)件。其間聯(lián)以軸心受拉的鋼筋混凝土圈梁，用作上下相鄰圍段的支承。在筒體同樣用鋼筋混凝土構(gòu)造時，六角形筒雖有所需筒壁最少，這僅說明在所需水泥混凝土用量上能比圓筒省，但在所需配筋方面卻遠比圓筒用量多，為了節(jié)省鋼材起見，自以圓筒最為有利。此外圓筒又便于制模和施工，剛度和強度很充足。故在下面探討筒倉的設(shè)計問題時，均將以圓筒為對象。對于圓形的筒壁厚度，當用鋼筋混凝土構(gòu)造時，應使水平向受拉鋼筋的作用下，混凝土有足夠的抗裂性能，而垂直向在荷載的作用下，又能提供相應的抗壓強度。此外還要照顧到施工的條件，以不妨礙混凝土的澆搗及用滑模提升時不至受到損傷為度。磚砌的圓筒壁，同樣有橫向抗拉及垂直抗壓的問題。

4 圓筒倉采用磚砌或用鋼筋混凝土的比較

磚砌圓筒倉在施工時不需要采用模板，故可不受條件限制而各地都能隨便建造，但由于結(jié)構(gòu)上的受力情況，其直徑不大于6 m為宜。為了是壁厚不超過1.5磚，按垂直間的抗壓強度為根據(jù)，筒內(nèi)裝糧高度又以不大于20 m為限。較大的筒徑和較大的筒高，就不宜采取磚圓筒了?，F(xiàn)在僅就筒壁來研究，磚砌圓筒倉不是直徑很小、筒身很矮或是磚圓筒壁很厚，一般磚砌深筒倉都需要采用磚配筋或設(shè)置鋼筋混凝土圈梁。不論哪種做法，其所需環(huán)向鋼筋應該和同樣尺寸的鋼筋混凝土筒內(nèi)所需的配筋數(shù)量基本相當，所不同的是磚砌筒壁可以省去鋼筋混凝土筒內(nèi)所需的垂直向架立鋼筋，但即使如此，磚砌筒倉采用圈梁的，還要增用一些梁內(nèi)的箍筋。通過計算比較，以圓筒每立方米的容積計算，磚砌的可比鋼筋混凝土的省用鋼材1.2～1.85 kg。除此之外，磚砌筒壁的砌筑砂漿要用大量水泥，內(nèi)外粉刷又要用水泥，這些對鋼筋混凝土筒壁都是不需要的，因此，磚砌筒倉耗費的水泥較多，而且造價也通常較高，對地基所作用的壓力又是較大。只有為了沒有模板時就能施工，寧愿多花一些工料費用，僅當筒身不需很高又能節(jié)約一些鋼材時，才宜采用磚砌筒倉。

5 圓筒倉的抽心問題

一組圓筒倉如果只要四周邊緣一圈，而把中間各筒全部省掉抽去，使外圍的圓筒起到擋糧的作用，而使內(nèi)部形成很高而且很大的房式倉，似乎是切實可行而且很經(jīng)濟有利的，但內(nèi)部抽去的筒倘大于二排時，雖減少了筒體內(nèi)部倉壁的建筑費用，卻增加了倉頂構(gòu)造上部的大跨度筒頂層的材料開支，將得不償失，而且由于內(nèi)部倉容量很大，亦不利于糧情的檢查，在糧食側(cè)壓力的作用下，一般只可當作懸臂看待，除非在構(gòu)造上能采取措施確保筒頂拉牢，才能按照下端固定上端鉸接計算。現(xiàn)以筒的直徑為6 m分析，當用磚砌壁厚為1.5磚時，筒的容許高度尚按懸臂核算。裝砌不可超過11 m，裝麥只能達到8 m左右，如果筒頂能做到鉸接，則裝砌可增高到15 m左右，裝麥可增高到12 m以內(nèi)。倘使6 m直徑的圓筒是用鋼筋混凝土建造，又是配置了較多的垂直鋼筋，則裝麥的容許筒高，按懸臂計算時應在14 m以內(nèi)。按上端為鉸接計算時可略大于19 m。由上看來，抽心后的圓筒倉高度最多不能達到20 m，因此只有在地耐力較差又不允許采用人工地基，幾筒高受到限制時，才宜采取抽心辦法，而且最好是僅抽去成三排布置時中間一排的幾個筒倉。

6 筒壁架空或落地的比較

架空的做法，是在地面上先立柱子，在柱頂?shù)沫h(huán)梁或板上設(shè)置筒壁，此時筒下層較為寬敞，光線也好，但施工比較費事，全部筒壁及糧食重量都將傳遞到梁或板上，剛度及整體性較差。

落地的做法，是在地面上直接筑起筒身，僅需留出安裝輸送設(shè)備及交通的孔洞，這部分代替了空架所需的柱子，上面的環(huán)梁漏斗和倉底板等的做法仍與架空相同。但梁板僅受一部分由糧食產(chǎn)生的垂直壓力，而全部筒壁的垂直荷載包括糧食摩擦力在內(nèi)均直接通過筒下層的筒壁而傳遞到地基上去，因此比較省工省料，可充分利用滑動模板，施工簡便，即可縮短工期，又因整體剛度較強，對臺風及地震均有一定的抵抗能力，對基礎(chǔ)工程的設(shè)計制作也較架空采用柱子的可以節(jié)省一些。其缺點是筒下層較不寬敞，但當筒群不多于三排時，對白天自然采光尚無多大妨礙。

7 圓筒的直徑問題

用料省和造價低，是選用圓筒倉直徑大小的主要依據(jù)。當為單個磚砌體圓筒時，5 m直徑的比4 m直徑經(jīng)濟，6 m直徑的有比5 m經(jīng)濟，但具體到鋼筋混凝土圓筒，因須按照組合成群連同筒頂上部結(jié)構(gòu)一期研究，故并不是直徑越大越好?，F(xiàn)在，純從各種不同直徑的單個鋼筋混凝土圓筒進行分析，并以筒的每立方米容積為比較計算的標準。

7.1在用鋼量方面

筒壁環(huán)向水平鋼筋，取決于糧食側(cè)壓力和環(huán)拉力以及圓周的長度，這三者都隨著直徑D而變化，即與D的三次方有關(guān)，但筒的容積則與面積亦即直徑D的二次方有關(guān)，因此單位容積所需的環(huán)筋根據(jù)D值而異，亦即用鋼量隨筒徑的增大而增大。至于垂直向隨圓周而布置的架立筋僅和D值有關(guān)，因此，單位容積所需的鋼筋根據(jù)D值的倒數(shù)而定，亦即用鋼量隨筒徑的增大而減小。把單位容積所需的橫向及豎向鋼筋匯總合計，當筒壁內(nèi)可以不由施工時支承千斤頂?shù)拇咒摻顣r，則用鋼量仍是隨直徑的增大而增大，自直徑4 m增大到13 m，每平方米倉容所需的用鋼量就有5.28 kg增大到8 kg。倘支承千斤頂?shù)拇咒摻顫苍谕脖趦?nèi)不取出，則每立方米的總用鋼量由4m直徑時計需10.63 kg，隨直徑的增大而逐漸減小到9 m直徑時計需8.89 kg，當直徑再增大時，每立方米總用鋼量又逐漸增大到13 m直徑時計需9.37 kg。

7.2在水泥混凝土的需用量方面

每立方米倉容所需筒壁的水泥混凝土用量，取決于筒壁所需的厚度，而厚度除按抗裂及抗壓條件確定外，還需適用于施工時的構(gòu)造要求。經(jīng)計算，筒徑由4 m增大到10 m時，每立方米倉容所需筒壁的水泥混凝土體積可由0.174 m3逐步減小到0.08 m3，當筒徑再增大到13 m時，由于壁厚將隨筒徑增大而增大，故水泥混凝土需用量又將相反的逐步增大到0.095 m3。

7.3在作用于地基的平均壓力及占地面積方面

當筒高相同亦即堆糧相等的條件下，筒徑越大，由于在筒的平面面積內(nèi)分配到的糧食橫截面面積與筒壁橫截面面積比例越大，故作用于單位面積地基內(nèi)的平均壓力越少。但超過了一定界限，由于需要加大壁厚，故平均壓力反過來又將逐步增大?，F(xiàn)按筒高為30 m估算，筒徑自4 m增大到10 m時，作用于每平方米地基上的平均壓力由35 t逐步減小到28.2 t，當筒徑再由10 m增大到13 m時，平均壓力又將反過來逐步加大到29.3 t，在地耐力相同的地基上，采用較小平均壓力的筒徑，其筒身可比較大平均壓力的筒徑做得更高，因而裝糧可以更多，亦即建筑上的占地面積可以較少較省。

8 工程總結(jié)

從上述單筒的分析來看，根據(jù)采用滑模施工而不回收支撐粗筋時的用鋼量考慮，擬以9 m直徑為經(jīng)濟。倘若根據(jù)水泥混凝土用量以及根據(jù)地基強度或占地面積考慮，又以10 m直徑為經(jīng)濟。但這些僅是片面地單從筒壁一方面為依據(jù)，事實上還要結(jié)合筒頂層和筒下基礎(chǔ)共同探討。凡較大的直徑，對于以上二項結(jié)構(gòu)都較費工費料，同時倉容太大不利于探測糧情以及必要的翻倉工作，更何況施工時的支撐鋼筋已有辦法可以回收，故即僅僅為節(jié)約筒壁的鋼材，亦不應采用較大的直徑。可是筒徑太小，又使作用于地基的壓力太大，需用水泥混凝土也太多。經(jīng)過分別取6、8、10 m三種不同直徑僅能得到同樣倉容進行計算比較，證明6 m直徑為最經(jīng)濟，10 m直徑為最不經(jīng)濟。最近，各地新建的貯糧筒倉大都喜歡用較大直徑，考慮其原因，或者僅從筒壁單方面考慮，誤以為經(jīng)濟，或者仿效其他部門的做法，照樣辦理，殊不知貯存大塊物料的筒倉，必須大的直徑才合應用，但具體到貯存細粒糧食，則大直徑不論在造價上還是在實用上都是不適宜的。

［1］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50077-2003 鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.

［2］王振清.糧倉建筑與結(jié)構(gòu)［M］.鄭州：中國商業(yè)出版社，1992.

The Design and the Final Analysis of the Silo Cell

Ma Yue
（Zhengzhou Xinzhixin Commissariat Engineering Technology Co. Ltd.， Zhengzhou 450001， China）

We analyze the: shape and diameter of the silo cell， category and dosage of masonry materials， dosage of rebar ， then we compare the structures of different cells， discuss and analyze targetedly in order to draw the best and the most reasonable project design.

Silo； Pulling； Cylinder wall， Overhead or floor； Amount of steel

TU476

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.12.003

馬躍（1982-），男，助理工程師；主要研究方向為面粉生產(chǎn)車間配粉倉與麥倉倉儲采用合理結(jié)構(gòu)形式，以及立筒庫合理化建設(shè)。