鋼結(jié)構(gòu)矩形與圓形斗倉的應(yīng)用比較

馬 駿 許先杰

(中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

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鋼結(jié)構(gòu)矩形與圓形斗倉的應(yīng)用比較

馬 駿 許先杰

(中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

介紹了鋼渣熱悶處理中鋼料倉常見的結(jié)構(gòu)形式，通過對(duì)矩形料倉與圓形料倉的計(jì)算，對(duì)比分析了兩種結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)與所用鋼板的厚度，為鋼料倉的結(jié)構(gòu)選型提供了依據(jù)。

鋼料倉，矩形斗倉，圓形斗倉，用鋼量

1 概述

在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中，例如鋼渣熱悶處理生產(chǎn)線中，鋼料倉作為儲(chǔ)存鋼渣或物料的容器經(jīng)常被用到。鋼料倉結(jié)構(gòu)分為矩形鋼倉、圓形鋼倉、雙曲線鋼倉以及拋物線鋼倉等結(jié)構(gòu)形式，其中矩形和圓形應(yīng)用較多。為了對(duì)矩形鋼倉和圓形鋼倉用鋼量有個(gè)直觀影響，并對(duì)工藝選型提供參考，本文對(duì)兩種結(jié)構(gòu)形式的鋼倉進(jìn)行計(jì)算分析。

2 計(jì)算參數(shù)

鋼料倉一般位于室內(nèi)，計(jì)算時(shí)不考慮風(fēng)荷載和地震荷載。

儲(chǔ)料重力密度為：γ=18 kN/m3,30 kN/m3,60 kN/m3；內(nèi)摩擦角：φ=30°；

側(cè)壓力系數(shù)：K=tan2(45°-φ/2)=0.333；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：γ0=1.0；

儲(chǔ)料沖擊影響系數(shù)：C=1.25；法向壓力系數(shù)：ζ=cos2α+Ksin2α；

恒荷載分項(xiàng)系數(shù)：γG=1.2；儲(chǔ)料荷載分項(xiàng)系數(shù)：γQ=1.3。

3 矩形料倉的計(jì)算

3.1 矩形料倉尺寸

料倉邊長(zhǎng)：an=bn=5 m,6 m,7 m；料倉豎壁高度hn=3 m；漏斗部分高度hh=3.5 m；入料口尺寸為a×b=800 mm×800 mm；下料口尺寸為ah×bh=1 m×1 m。

矩形料倉尺寸見圖1。

3.2 矩形料倉計(jì)算

3.2.1 矩形料倉的幾何特性

計(jì)算時(shí)按照堆積角度為30°考慮，即堆料坡面與水平面夾角為30°。

料倉總有效容積：V=V1+V2(其中，V1和V2分別為豎倉部分容積和漏斗部分容積)。

斜壁斜高Hn及斜壁與水平面夾角：

其中，n為斜壁編號(hào)1～4；cn為由an，bn邊到ah，bh邊的水平距離。

相鄰斜壁n和n+1的相交肋長(zhǎng)及該肋與水平面的夾角：

3.2.2 受力計(jì)算

儲(chǔ)料臺(tái)體重心以下距離s處，單位面積上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值：Pv=C·γ·s。

該位置高度處，作用于倉壁單位面積上的水平壓力標(biāo)準(zhǔn)值：Pn=k·Pv。

作用于漏斗壁單位面積上的法向壓力標(biāo)準(zhǔn)值：Pn=ζ·Pv。

3.2.3 壁板及加勁肋計(jì)算

1)豎壁計(jì)算。對(duì)于豎壁，當(dāng)hn/an≤0.5，按單向板計(jì)算；當(dāng)0.5

2)斜板計(jì)算。漏斗部分的斜板，一般采用加勁肋分割成數(shù)段，每段為梯形板，可采用下式換算成矩形板進(jìn)行計(jì)算(見圖2)。

3)壁板及加勁肋計(jì)算。

a.斜壁彎矩設(shè)計(jì)值和撓度計(jì)算：水平加勁肋和垂直加勁肋可視為斜壁的彈性支點(diǎn)，將斜壁劃分為雙向板或單向板。雙向板可近似按四邊固定板計(jì)算：

b.加勁肋計(jì)算。根據(jù)《貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四章第三節(jié)矩形斗倉中內(nèi)容，當(dāng)加勁肋采用水平布置時(shí)，要不垂直于斜壁布置可采用更小截面。本文中只計(jì)算采用水平布置的加勁肋計(jì)算。水平加勁肋承受的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，可不考慮斜壁摩擦力的有利影響。

其中，Pna，Pnb均為水平加勁肋處法向壓力標(biāo)準(zhǔn)值；Li和Li+1分別為該加勁肋上下兩板的跨度，m。

一肢水平布置的加勁肋，當(dāng)漏斗對(duì)稱布置時(shí)，彎矩設(shè)計(jì)值為：

其中，C=bn/an;ξ為系數(shù)，與加勁肋兩端彎矩有關(guān)，可由表格查出。

對(duì)于方形方倉，Ma=Mb，C=1，va=vb，ξ=1。

4 圓形料倉的計(jì)算

4.1 圓形料倉尺寸

料倉直徑：dn=5m,6m,7m；料倉豎壁高度hn=3m；漏斗部分高度hh=3.5m。入料口尺寸為d=800mm；下料口尺寸為d0=1m。

圓形料倉尺寸見圖3。

4.2 圓形料倉計(jì)算

4.2.1 圓形料倉的幾何特性

料倉總有效容積：V=V1+V2。

斜壁與水平面夾角及斜壁斜長(zhǎng)：

tanα=2hh/(dn-d0)；l1=d0/(2cosα)，l2=dn/(2cosα)。

4.2.2 壁板及加勁肋計(jì)算

為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，假定鋼板自重和內(nèi)襯自重約為貯料荷載的8%，轉(zhuǎn)化為貯料和在建計(jì)算。

1)圓形斗倉計(jì)算截面處斜壁單位寬度上的環(huán)向拉力設(shè)計(jì)值(kN/m)。在貯料和自重荷載作用下，漏斗頂部的環(huán)向拉力設(shè)計(jì)值為：

Nρ=1.08γQ·ζ·ctgpv2l2。

漏斗底部的環(huán)向拉力設(shè)計(jì)值：Nρ=1.08γQ·ζ·ctgpv1l1。

其中，ζ=cos2α+Ksin2α；pv1，pv2分別為貯料作用于漏斗底部和頂部單位面積上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

2)圓形斗倉計(jì)算截面處斜壁單位寬度上的徑向拉力設(shè)計(jì)值(kN/m)。在貯料和自重荷載作用下，漏斗頂部的斜向拉力設(shè)計(jì)值為：

其中，n=l1/l2；γ為貯料重力密度。

3)圓形斗倉在倉口吊掛給料設(shè)備作用下。

Nm2=γGGK′/(πdhsinα)。

其中，GK′為倉口吊掛給料設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

4)圓形斗倉的強(qiáng)度計(jì)算。漏斗壁在薄膜力作用下雙向受拉、其壁板強(qiáng)度計(jì)算：

σ=Nmax/A=Nmax/t≤f。

其中，Nmax=max(Nρ，Nm)。

5 鋼料倉計(jì)算結(jié)果

1)矩形料倉計(jì)算結(jié)果見表1，圓形料倉計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 矩形料倉計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2 圓形料倉計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2)矩形料倉及圓形料倉比較分析。比較表1及表2可以得出：a.當(dāng)矩形料倉邊長(zhǎng)和圓形料倉直徑相等時(shí)，矩形料倉有效容積遠(yuǎn)大于圓形料倉；b.當(dāng)兩種鋼倉形式有效容積相等或接近時(shí)，圓形料倉用鋼量遠(yuǎn)小于矩形料倉；c.當(dāng)兩種料倉尺寸差距不大時(shí)，單位容積所需用鋼量，圓形料倉明顯較小。

另外，根據(jù)計(jì)算和實(shí)際受力分析可知，矩形料倉在儲(chǔ)料時(shí)，側(cè)壁和加勁肋共同形成方框結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)受力計(jì)算采用加勁肋。而圓形料倉一般只受環(huán)向應(yīng)力、徑向拉力、壓力等力的作用，一般不需設(shè)置加勁肋。

當(dāng)支撐鋼倉的框架結(jié)構(gòu)尺寸恒定時(shí)，矩形料倉可有效利用空間尺寸，盡可能的多儲(chǔ)料。所以，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)空間情況、施工條件、儲(chǔ)料容積要求、儲(chǔ)料密度以及設(shè)備要求等實(shí)際情況進(jìn)行確定。

6 結(jié)語

鋼倉不僅有矩形和圓形等結(jié)構(gòu)形式，還有雙曲線料倉和拋物線料倉等結(jié)構(gòu)形式；且鋼倉的支撐方式也分為吊倉或坐倉等支撐方式。所以，在實(shí)際應(yīng)用和工藝選型時(shí)，單位容積用鋼量?jī)H僅是其中一個(gè)考慮方面。本文僅從計(jì)算方面來比較矩形料倉和圓形料倉在單位有效容積的用鋼量。

[1] GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 《貯料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

Comparison of application of the steel rectangular and circular silo

Ma Jun Xu Xianjie

(CentralResearchInstituteofBuildingandConstructionCo.,Ltd,MCCGroup,Beijing100088,China)

The paper introduces common steel silo structure forms in steel slag fever processing. Through calculating the rectangular and circular silo, it compares and analyzes their stress features and steel sheet thickness, which has provided some guidance for steel silo structure selection.

steel silo, rectangular silo, circular silo, steel quantity

1009-6825(2017)07-0036-03

2016-12-24

馬 駿(1980- )，男，工程師； 許先杰(1979- )，男，工程師

TU318

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