大跨度機(jī)械化散裝平房倉(cāng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析

于海華，胡榮鑫，馬天紅，季蘇丹，張 淑，陳光旭，陳俊強(qiáng)

無(wú)錫中糧工程科技有限公司 (無(wú)錫 214035)

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，糧食產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史悠久。糧倉(cāng)作為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要要素之一，伴隨著糧食產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而發(fā)展。截止目前，我國(guó)糧倉(cāng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，糧倉(cāng)材質(zhì)不斷變化，儲(chǔ)糧技術(shù)不斷更新迭代[1]。建國(guó)以來(lái)，倉(cāng)型由建國(guó)初期的蘇式平房倉(cāng)到后來(lái)的普通平房倉(cāng)、機(jī)械化平房倉(cāng)、樓房倉(cāng)以及立筒倉(cāng)和淺圓倉(cāng)等以適應(yīng)不同需求的糧食儲(chǔ)備和物流中轉(zhuǎn)。近年來(lái)，隨著我國(guó)的工業(yè)化水平不斷提高，糧食物流技術(shù)的不斷創(chuàng)新及糧食“四散化”存儲(chǔ)的要求，在港口糧食物流中轉(zhuǎn)庫(kù)中機(jī)械化平房倉(cāng)已得到廣泛的應(yīng)用，其吸收了傳統(tǒng)普通平房倉(cāng)、淺圓倉(cāng)及立筒倉(cāng)的優(yōu)點(diǎn)，集成平房倉(cāng)的造價(jià)低、立筒倉(cāng)和淺圓倉(cāng)的機(jī)械化于一體，具有自動(dòng)化程度高，工程綜合造價(jià)低，倉(cāng)容利用率高，能耗、糧食破碎率低等特點(diǎn)，這與我國(guó)糧倉(cāng)建設(shè)向“綠色、生態(tài)、智能化”模式發(fā)展相適應(yīng)。

本文以一種大跨度機(jī)械化散裝平房倉(cāng)為例對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行淺析，軸線尺寸為80.5 m×45 m，分成2個(gè)厫間，檐墻最高堆糧高度為8.0 m，山墻最高堆糧高度為19 m。雙坡頂，坡頂高度22.3 m，根據(jù)工藝要求設(shè)置了倉(cāng)上封閉設(shè)備通廊,并配套輸送設(shè)備轉(zhuǎn)接塔、輸送棧橋等輔助設(shè)施。

1 工藝設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)是建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的核心。工藝設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵守“因地制宜，布局合理，先進(jìn)科學(xué)，成熟可靠，智能高效，環(huán)保節(jié)能”的設(shè)計(jì)理念，以“優(yōu)質(zhì)、高效、靈活、節(jié)省”的原則，確定糧食物流工藝和設(shè)備選型。

1.1 散糧接收工藝

本倉(cāng)型主要適用于以玉米、大豆等易壓實(shí)、板結(jié)、破碎、堆糧高度不能過(guò)高的物料的快速中轉(zhuǎn)。對(duì)于港口來(lái)糧可通過(guò)機(jī)械化設(shè)備輸送棧橋轉(zhuǎn)接至倉(cāng)頂多點(diǎn)卸料輸送機(jī)將糧食卸入散裝平房倉(cāng)。對(duì)于汽車來(lái)糧可通過(guò)移動(dòng)式輸送設(shè)備接卸，然后從倉(cāng)門用移動(dòng)式輸送設(shè)備搭接入倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)汽車來(lái)糧進(jìn)倉(cāng)工藝。機(jī)械化平房倉(cāng)進(jìn)出倉(cāng)剖面示意見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)械化平房倉(cāng)進(jìn)出倉(cāng)剖面圖

(1)港口來(lái)糧

港口來(lái)糧→取樣化驗(yàn)→輸送轉(zhuǎn)接設(shè)備→清理、計(jì)量設(shè)備→倉(cāng)頂多點(diǎn)卸料輸送設(shè)備→入散裝平房倉(cāng)。設(shè)備輸送能力600 t/h。

(2)汽車來(lái)糧

汽車來(lái)糧→取樣化驗(yàn)→地中衡計(jì)量→移動(dòng)式接收設(shè)備→移動(dòng)式輸送設(shè)備→入散裝平房倉(cāng)。每條線設(shè)備輸送能力300 t/h。

1.2 散糧發(fā)放工藝

(1)倉(cāng)底機(jī)械化發(fā)放工藝

在平房倉(cāng)倉(cāng)中心設(shè)置一條出倉(cāng)輸送設(shè)備通道，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化出倉(cāng)作業(yè)功能。工藝流程為：倉(cāng)內(nèi)散糧→機(jī)械化出倉(cāng)輸送設(shè)備→提升設(shè)備→計(jì)量→輸送轉(zhuǎn)接設(shè)備→發(fā)往碼頭或裝車發(fā)放，設(shè)備輸送能力600 t/h。

(2)側(cè)壁發(fā)放工藝

在平房倉(cāng)四周分別設(shè)置了2個(gè)高發(fā)放口及12個(gè)低發(fā)放口，再結(jié)合移動(dòng)輸送設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速發(fā)放功能。工藝流程為：倉(cāng)內(nèi)散糧→側(cè)壁高發(fā)放口(300 t/h)→汽車轉(zhuǎn)運(yùn)→地磅計(jì)量→發(fā)放至碼頭或公路發(fā)放；倉(cāng)內(nèi)散糧→側(cè)壁低發(fā)放口(300 t/h)→移動(dòng)式裝車設(shè)備→汽車轉(zhuǎn)運(yùn)→地磅計(jì)量→發(fā)放至碼頭或公路發(fā)放。

(3)倉(cāng)內(nèi)余糧清倉(cāng)工藝

倉(cāng)內(nèi)余糧主要有裝載機(jī)、多功能扒谷機(jī)、移動(dòng)式皮帶輸送機(jī)等設(shè)備完成清倉(cāng)作業(yè)，其工藝流程為：倉(cāng)內(nèi)余糧→裝載機(jī)(多功能扒谷機(jī)→移動(dòng)式皮帶輸送機(jī))→汽車轉(zhuǎn)運(yùn)→地磅計(jì)量→發(fā)放至碼頭或公路發(fā)放。

1.3 主要設(shè)備選型

針對(duì)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，散糧入倉(cāng)系統(tǒng)對(duì)糧食破碎率、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性等要求尤其重要。為充分提高倉(cāng)容利用率，倉(cāng)頂每隔6 m設(shè)置了1個(gè)入倉(cāng)進(jìn)料口，并配置一個(gè)抑塵防破碎裝置。入倉(cāng)設(shè)備采用多點(diǎn)卸料輸送設(shè)備，目前，在國(guó)內(nèi)糧食物流行業(yè)使用較多的多點(diǎn)卸料輸送設(shè)備主要有卸料小車皮帶機(jī)、埋刮板輸送機(jī)和多點(diǎn)卸料皮帶機(jī)3種。

(1)卸料小車皮帶機(jī)可以滿足多點(diǎn)卸料，是糧食行業(yè)應(yīng)用較早的進(jìn)倉(cāng)設(shè)備，技術(shù)成熟，但移動(dòng)卸料小車體積比較龐大，自重大，由于要在二根鋼軌上移動(dòng)，對(duì)機(jī)架的強(qiáng)度要求高；設(shè)備無(wú)法密封，工作時(shí)環(huán)境粉塵難以控制且故障率高，為防止風(fēng)雨，筒倉(cāng)倉(cāng)頂要加設(shè)罩棚，土建費(fèi)用高。另外，卸料小車皮帶機(jī)拋料高度相對(duì)較高，能耗相對(duì)較高，且為了控制卸料時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵，新型卸料小車在頭部設(shè)置了一套專用的集中式除塵系統(tǒng)，從而又增加了卸料小車的重量，使凈重達(dá)到20 t以上[2]。

(2)埋刮板輸送機(jī)是比較傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)卸料功能的輸送設(shè)備，具有密封性能好，分配靈活、體積小等優(yōu)點(diǎn)。但其設(shè)備的動(dòng)力較大、糧食破碎率高，能耗大，長(zhǎng)距離輸送需多條設(shè)備搭接才能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，其刮板、鏈條及底板磨損較大，需要定期維護(hù)更換；因此，在機(jī)械化平房倉(cāng)應(yīng)用較少。

(3)全密封固定犁式皮帶輸送機(jī)結(jié)合了埋刮板輸送機(jī)和氣墊皮帶輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，工藝布置簡(jiǎn)單靈活，輸送帶基本上是水平布置，需要在倉(cāng)頂架設(shè)鋼結(jié)構(gòu)棧橋，可以直接在倉(cāng)頂安裝，在很大程度上減小了輸送機(jī)的功率。由于無(wú)二次拋料，降低了物料輸送過(guò)程中的破碎率。具有密封性好、破碎率低、能耗低、易維護(hù)、更環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

從長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本和投資的角度來(lái)看，選擇更加環(huán)保、節(jié)能的多點(diǎn)卸料皮帶機(jī)是更合適的選擇。

1.4 安全儲(chǔ)糧工藝設(shè)計(jì)

糧食儲(chǔ)存應(yīng)遵循“以防為主、綜合防治”的方針，本著安全、經(jīng)濟(jì)、有效的原則，采取切實(shí)可行的防治措施，控制入庫(kù)糧的含水量、含雜量等指標(biāo)，對(duì)入庫(kù)糧食進(jìn)行取樣檢測(cè)，保證糧食各項(xiàng)指標(biāo)在安全范圍以內(nèi)，對(duì)儲(chǔ)糧品質(zhì)進(jìn)行定期和不定期檢測(cè)，嚴(yán)格控制儲(chǔ)糧的輪換時(shí)間。

可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、?chǔ)存期、物料性質(zhì)等實(shí)際情況配置智能通風(fēng)、糧情檢測(cè)、谷物冷卻等設(shè)施，保證儲(chǔ)糧安全。考慮到清倉(cāng)設(shè)備方便進(jìn)出作業(yè)，機(jī)械化平房倉(cāng)建議采用地槽通風(fēng)；由于機(jī)械化平房倉(cāng)進(jìn)糧后不考慮平倉(cāng)作業(yè)，糧食自然堆積后中部與檐墻處的裝糧高度差別較大，設(shè)計(jì)宜分別設(shè)獨(dú)立通風(fēng)道，防止短路；機(jī)械化平房倉(cāng)裝糧高度較高，可在梁上設(shè)置吊掛測(cè)溫電纜[3]。

1.5 智能化控制設(shè)計(jì)

設(shè)置智能化控制、預(yù)警、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，控制室內(nèi)采用計(jì)算機(jī)PLC系統(tǒng)集中監(jiān)控，以信息化手段促進(jìn)出入倉(cāng)作業(yè)自動(dòng)化、倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的智能化、業(yè)務(wù)管理的科學(xué)化，確保物流和信息流的有效統(tǒng)一，有效提高管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。全面整合糧食收儲(chǔ)業(yè)務(wù)信息資源，對(duì)糧情、質(zhì)量、安全等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械化平房倉(cāng)墻體承受糧食側(cè)壓力部分為鋼筋混凝土墻，厚度250～350 mm，其他墻體為砌體墻，屋面為鋼結(jié)構(gòu)?；馂?zāi)危險(xiǎn)性分類為丙類2項(xiàng)，防水等級(jí)為Ⅱ級(jí)。墻體頂部設(shè)置不銹鋼防風(fēng)雨百葉窗進(jìn)行自然通風(fēng)。平房倉(cāng)分兩個(gè)廒間，每個(gè)廒間設(shè)三樘大門，用于清倉(cāng)機(jī)械進(jìn)出。在大門內(nèi)側(cè)設(shè)置專用擋糧門，其承壓能力應(yīng)大于滿倉(cāng)堆糧時(shí)的糧食側(cè)壓力，以便保證使用安全，同時(shí)在大門兩側(cè)門柱上設(shè)置安全系留裝置。倉(cāng)上層通廊為全鋼結(jié)構(gòu)，擱置設(shè)備的局部屋面為壓型鋼板復(fù)合屋面。根據(jù)平房倉(cāng)使用需要，在兩側(cè)檐墻內(nèi)側(cè)堆糧面以上位置設(shè)置了通長(zhǎng)的檢查平臺(tái)。

倉(cāng)內(nèi)最小堆糧高度8 m，最大堆糧高度19 m，糧食存放時(shí)間短，倉(cāng)內(nèi)進(jìn)出糧中轉(zhuǎn)較頻繁，主體結(jié)構(gòu)循環(huán)受力，倉(cāng)內(nèi)堆糧時(shí)，糧食側(cè)向水平力較大，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力要求很高；倉(cāng)內(nèi)出糧時(shí)，糧食出料速度較快，需考慮不對(duì)稱出糧引起的倉(cāng)內(nèi)偏心荷載?；A(chǔ)設(shè)計(jì)需綜合考慮堆糧及進(jìn)出糧的不同受力情況，并考慮在滿倉(cāng)糧食作用下的地基承載力驗(yàn)算及倉(cāng)內(nèi)地基變形計(jì)算。同時(shí)抗震設(shè)計(jì)按滿倉(cāng)及空倉(cāng)多種工況分別設(shè)計(jì)，并考慮水平地震作用對(duì)主體受力構(gòu)件的不利影響。所以本工程的主體受力構(gòu)件及基礎(chǔ)形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)。機(jī)械化平房倉(cāng)剖面示意見(jiàn)圖2。

圖2 機(jī)械化平房倉(cāng)剖面圖

經(jīng)過(guò)多方案選型對(duì)比：上部主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土排架柱和混凝土墻，結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，該方案可以發(fā)揮出構(gòu)件的受力優(yōu)勢(shì)，利用混凝土的受壓優(yōu)勢(shì)和鋼筋的受拉優(yōu)勢(shì)，最大限度的利用構(gòu)件的受力性能。糧食側(cè)力通過(guò)混凝土墻傳遞給混凝土柱，再通過(guò)柱傳遞給基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)傳力路徑清晰，整體受力性能好，同時(shí)采用混凝土構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)施工較為方便，且混凝土構(gòu)件保溫隔熱性能好，有利于糧食儲(chǔ)存，后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本少。

屋面采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面，減少室內(nèi)結(jié)構(gòu)柱，增大糧食進(jìn)出的操作空間。同時(shí)在屋面鋼梁與混凝土柱節(jié)點(diǎn)位置，考慮糧食水平推力導(dǎo)致的主體構(gòu)件變形影響，設(shè)計(jì)采用應(yīng)力釋放方案，梁柱節(jié)點(diǎn)位置采用彈性支座釋放變形，最大限度的降低糧食水平側(cè)力和水平地震作用對(duì)屋面結(jié)構(gòu)體系的影響。保證在滿倉(cāng)堆料的情況下，結(jié)構(gòu)上部主體的受力安全。

主體排架及出糧通道采用預(yù)制樁基礎(chǔ)，倉(cāng)內(nèi)地坪采用水泥攪拌樁。該基礎(chǔ)施工流程簡(jiǎn)單，綜合造價(jià)低。主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，并考慮樁間土的綜合效應(yīng)，采用樁土共同受力，抵抗上部糧食側(cè)力傳遞的水平荷載。同時(shí)加大基礎(chǔ)埋深，保證結(jié)構(gòu)主體基礎(chǔ)穩(wěn)定受力安全。并在倉(cāng)內(nèi)水泥攪拌樁施工前，先利用糧食堆載進(jìn)行壓倉(cāng)，待地坪沉降趨于穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算確定水泥攪拌樁的樁長(zhǎng)及數(shù)量，利用糧食堆載優(yōu)勢(shì)減少倉(cāng)內(nèi)地坪的處理深度，進(jìn)一步降低基礎(chǔ)綜合造價(jià)。

3 粉塵防爆設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的分區(qū)中，封閉式設(shè)備內(nèi)部屬于20區(qū)，散裝平房倉(cāng)內(nèi)部、平房倉(cāng)倉(cāng)頂封閉式通廊在防爆規(guī)范中屬于21區(qū)，敞開(kāi)式轉(zhuǎn)接塔、敞開(kāi)式皮帶機(jī)棧橋?qū)儆?2區(qū)，其余生產(chǎn)區(qū)域?qū)儆诜俏ｋU(xiǎn)區(qū)域。應(yīng)按照《糧食加工、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)粉塵防爆安全規(guī)程》(GB 17440—2008)等規(guī)范要求進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

(1)盡量遠(yuǎn)離辦公區(qū)和生活區(qū)，設(shè)不少于2個(gè)安全出口，平房倉(cāng)屋面采用輕鋼屋面作為泄壓設(shè)施，窗戶均采用不銹鋼百葉窗，既能便于粉塵擴(kuò)散，也可以作為泄壓設(shè)施。地面采用不發(fā)生火花的地面，且應(yīng)平整、光滑，易于清掃。防火墻耐火極限為4 h。建筑物內(nèi)表面和構(gòu)件表面應(yīng)光滑平整，以減少粉塵的聚積。

(2)工藝設(shè)計(jì)合理，簡(jiǎn)化工藝流程，避免多次提升；選用運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，密閉性能較好的設(shè)備，控制輸送設(shè)備的線速度；輸送機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪減速器，電動(dòng)機(jī)與減速器之間使用彈性聯(lián)軸器，而不采用皮帶傳動(dòng)，對(duì)于離心式通風(fēng)機(jī)則盡可能選用直聯(lián)式傳動(dòng)。多點(diǎn)卸料皮帶輸送機(jī)等輸送設(shè)備設(shè)跑偏、失速等安全檢測(cè)裝置，對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)停止。

(3)根據(jù)粉塵爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分、電氣設(shè)備的種類和防爆結(jié)構(gòu)的要求，選擇相應(yīng)的電氣設(shè)備；所有工藝設(shè)備外殼、溜管、風(fēng)網(wǎng)管道等金屬構(gòu)件做等電位連接并接地，以防靜電火花；爆炸性環(huán)境內(nèi)設(shè)置的防爆電氣設(shè)備符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品；電機(jī)、燈具等電氣設(shè)備各回路均裝設(shè)短路和過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置；所有通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域的電纜、導(dǎo)線均采用阻燃型。

4 結(jié)論與展望

隨著我國(guó)糧食物流行業(yè)的迅速發(fā)展，糧食物流基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)正方興未艾，機(jī)械化平房倉(cāng)憑借其倉(cāng)容量大、占地面積小、機(jī)械化程度高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，該倉(cāng)型將得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，勞動(dòng)力成本逐步提高，“以人為本”深入人心，人們要求降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，因此提高倉(cāng)庫(kù)的機(jī)械化、智能化程度是順應(yīng)發(fā)展要求，降低物流成本的必然選擇，在糧食物流項(xiàng)目中機(jī)械化平房倉(cāng)將逐步取代普通平房倉(cāng)；另外，我國(guó)土地資源日趨緊張，在提高土地利用率上，機(jī)械化平房倉(cāng)相對(duì)普通平房倉(cāng)優(yōu)勢(shì)明顯；再之，機(jī)械化平房倉(cāng)具備多種功能，既可儲(chǔ)存糧食，又可儲(chǔ)存散雜貨，也可儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)散落性差的物料，在港口等項(xiàng)目上，相對(duì)淺圓倉(cāng)和立筒倉(cāng)具有優(yōu)勢(shì)[3]。

綜上所述，大跨度散糧機(jī)械化平房倉(cāng)的市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，符合糧食物流行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，具有很強(qiáng)的推廣意義。