角錐形漏斗設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

◎姚章堂，李冠軍

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

角錐形漏斗設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

◎姚章堂，李冠軍

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

以某糧庫(kù)發(fā)放倉(cāng)倉(cāng)底漏斗設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)闡述鋼筋混凝土矩形深倉(cāng)倉(cāng)底角錐形漏斗的設(shè)計(jì)思路及步驟，并歸納總結(jié)漏斗壁內(nèi)力、強(qiáng)度及裂縫計(jì)算公式。

矩形深倉(cāng)；角錐形漏斗；內(nèi)力；強(qiáng)度；裂縫

中文分類號(hào)：TU391

角錐形漏斗是一種形狀和受力均特殊的特種結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于煤礦、電廠、水泥廠、糧庫(kù)的矩形筒倉(cāng)中，用來(lái)儲(chǔ)卸各種散料物體，如煤炭、水泥、糧食等。本文僅針對(duì)矩形深倉(cāng)倉(cāng)底角錐形漏斗的具體情況，詳細(xì)說(shuō)明其設(shè)計(jì)思路和步驟。

1　荷載計(jì)算

漏斗內(nèi)貯料荷載按下列各式計(jì)算，如圖1所示。

（1）貯料作用于漏斗頂面處單位面積的豎向力pv（kPa）：

（2）作用于漏斗壁單位面積上法向壓力pn（kPa）：pn=(cos2α+ksin2α)pv。

圖1　深倉(cāng)壓力示意圖

2　漏斗內(nèi)力計(jì)算

（1）漏斗頂面處角錐形漏斗壁A、壁B沿壁斜向單位高度上的水平拉力Nha、Nhb（kN/m），漏斗水平拉力示意圖見(jiàn)圖2。

式中，qa、qb—角錐形漏斗壁A、B單位面積自重（kPa）。

（2）角錐形漏斗壁A、B單位寬度上的斜向力Ninc.a、Ninc.b（kN/m），漏斗水平拉力示意圖見(jiàn)圖3。

式中，Q—漏斗頂面以下漏斗壁自重以及設(shè)備重。

圖3　漏斗斜向拉力示意圖

（3）角錐形漏斗壁交角頂部在貯料重量及漏斗自重作用下的斜向力Ninct（kN）：

3　構(gòu)件設(shè)計(jì)

3.1漏斗壁平面外彎矩計(jì)算

漏斗壁在貯料法向壓力及自重作用下產(chǎn)生平面外彎曲，計(jì)算漏斗壁板彎曲時(shí)，相鄰漏斗壁以及漏斗壁與倉(cāng)壁之間按固端考慮，卸料口處按簡(jiǎn)支考慮，見(jiàn)圖4和圖5。

圖4　三角板計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖5　矩形板計(jì)算簡(jiǎn)圖

表1　三邊固定等腰三角形板彎矩計(jì)算表

當(dāng)a1/a（b1/b）≥0.25時(shí)，按簡(jiǎn)化矩形板計(jì)算：

矩形板在貯料法向壓力及自重作用下產(chǎn)生的彎矩查表2。

表2　一邊簡(jiǎn)支三邊固定矩形板彎矩計(jì)算表

3.2配筋設(shè)計(jì)

（1）漏斗壁水平鋼筋面積由水平拉力和該方向的平面外彎矩按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，漏斗壁斜向鋼筋面積由斜向拉力和該方向的平面外彎矩按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.23條規(guī)定，對(duì)稱配筋的矩形截面偏心受拉構(gòu)件，可按下列公式計(jì)算：

（2）角肋處鋼筋面積由角肋處頂部斜向拉力按受拉構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.22條規(guī)定，軸心受拉構(gòu)件可按下式計(jì)算：N=fyAs。

3.3裂縫計(jì)算

（1）漏斗壁在水平拉力、相應(yīng)方向平面外彎矩作用或在斜向拉力、相應(yīng)方向平面外彎矩作用下的裂縫計(jì)算，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》7.1.2條規(guī)定，應(yīng)按矩形截面的鋼筋混凝土偏心受拉構(gòu)件在荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的最大裂縫寬度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，漏斗壁最大裂縫寬度wmax允許值為0.2 mm。

（2）漏斗壁在角肋處頂部斜向拉力作用下的裂縫寬度可按上述公式計(jì)算，但縱向受拉普通鋼筋應(yīng)力σS應(yīng)按下式計(jì)算：σs=Nq/As。

4　構(gòu)造要求

（1）漏斗壁混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30，受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30 mm。

（2）漏斗壁的厚度不應(yīng)小于120 mm，受力鋼筋直徑不應(yīng)小于8 mm，間距不應(yīng)大于200 mm，也不應(yīng)小于70 mm，宜配置內(nèi)外雙層鋼筋。

（3）角錐形漏斗的水平或斜向鋼筋最小配筋率均不應(yīng)小于0.3%。

（4）角錐形漏斗宜采用分離式鋼筋，漏斗的斜向鋼筋應(yīng)伸入至漏斗上口邊梁內(nèi)，錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于50倍鋼筋直徑。

（5）角錐形漏斗四角的吊掛骨架筋，其直徑不應(yīng)小于16 mm，上端伸入支承構(gòu)件的錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于50倍鋼筋直徑。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50191-2012[S].北京：中國(guó)計(jì) 劃出版社，2012.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50011-2010[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì).鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50077-2003[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

[4]朱海軍.鋼筋混凝土角錐形漏斗的內(nèi)力計(jì)算及設(shè)計(jì)方法[J].山西建筑，2014，40（25）：45-47.

[5]姚 諫，干 鋼，陳水福，等.建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[6]陳載福.鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)與特種結(jié)構(gòu)手冊(cè)[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

Designing of the Pyramid Hopper

Yao Zhangtang， Li Guanjun
（COFCO Engineering & Technology （Zhengzhou） Co. Ltd.， Zhengzhou 450053， China）

Taking designing bin hopper in grain depot as an example， the methods and steps of designing pyramid hopper under reinforced concrete rectangular was explained in detail， and the formula for calculating internal force， strength， crack of pyramid hopper was generalized.

Rectangular deep bin； Pyramid hopper； Internal force； Strength； Crack

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.08.024

姚章堂（1981-），男，工程師；主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。