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【摘要】随着全球疫情扩散和不确定性,人类的生产、生活受到了极大的影响,粮食的生产、储备已提高到国家战略层面。粮仓,作为储备粮食建筑物其重要性不言而喻。根据笔者多个案例的实践操作,本文对砌体平粮仓的结构设计要点进行分析、总结与探讨。
【关键词】平粮仓;砌体;建筑结构
1、引言
结构设计注重力学模型明确、传力路径高效,这样的建筑才能节约造价。砌体平粮仓即为一种传力路径高效、节约建造成本的建筑物,但其结构赘余度很少,且堆粮侧压力较大,因此平粮仓结构设计时,既要注重力学分析,也要注重构造要求以增加结构的可靠度。
2、砌体平粮仓的结构特点分析
砌体平粮仓一般为单层单跨框排架结构。根据功能所需一般用横墙分隔为多廒间组合,柱距一般为6M,单跨最大跨度可做到24M,檐口高度一般为8-10M,堆粮高度一般为5-7M。屋面可采用预制的双T板或者预应力拱板。典型的平粮仓平面及立面见图1。
3、砌体平粮仓的结构设计要点分析
3.1 砌体平粮仓结构概念设计
平粮仓屋面为装配式无檩体系钢筋混凝上屋盖,其廒间分隔横墙间距需满足其空间工作性能为刚性方案,即房屋横墙间距s≤32M,横墙长度不宜小于其高度。结构设计时,需分别考虑满仓、半仓、空仓三种工况。
3.2 砌体平粮仓传力路径分析
粮食侧压力→柱间纵墙(山墙)→圈梁→排架柱(山墙柱)→基础
风荷载(含柱顶集中力)→山墙→圈梁(屋架)→山墙柱→基础
水平地震力与风荷载传递路径类似,采用底部剪力法,柱顶和基础顶分别作用一个重力荷载代表值。
3.2.1粮食侧压力
粮食侧压力为三角形分布,其水平压力标准值公式为:Phk=kγs,其分布见图2。
其中:k为平堆时粮食侧压力系数
s为粮食顶面距计算截面的距离
γ为粮食重力密度
粮食与墙体之间竖向摩擦力较小,且对抗侧力构件及基础有利,可不列入计算分析,作为安全储备。
3.2.2砌体墙受力分析
由于平粮仓跨度较大,一般不小于12M,而受力圈梁层间间距不超过2.5M,砌体墙为单向简支受弯构件分析,圈梁作为其铰结点,按砌体受弯构件分别验算其受弯承载力和受剪承载力。墙体厚度主要与堆粮高度有关,当堆粮高度超过6M时,墙体厚度一般取490mm,堆粮高度小于6M时,墙体厚度可取370mm。
3.2.3圈梁受力分析
除基础圈梁外,上部圈梁截面为墙厚×240,可作为连续多跨卧梁计算,只承受堆粮侧压力,粮仓排架柱或山墙柱作为其支座,受荷宽度范围内的粮食堆载作为线荷载作用于卧式圈梁上。
基础圈梁既承受粮食侧压力,亦承受上部墙体自重,截面宽度为墙厚,其截面高度根据竖向荷载确定,为双向受弯构件。
3.2.4排架柱受力分析
刚性方案下,为两铰刚架体系,屋盖视为刚性杆,柱为压弯构件。屋面荷载作为竖向集中偏心荷载传递给排架柱,层间圈梁支座反力作为水平集中荷载传递给排架柱。排架柱侧向稳定由圈梁和墙体保证。由于排架柱承受较大的水平荷载,柱截面为矩形截面,常用的截面有400x700,500x900等。排架柱受力模型见图3。
3.2.5山墙柱受力分析
山墙柱受荷情况与排架柱一致,但其边界条件有所不同。山墙柱实际上为柱底刚结,预制屋盖作为山墙柱顶弹性支座,设计时可按悬臂柱进行验算,柱顶弹性支座可作为其安全储备。
3.2.6基础受力分析
基础承受排架柱传来的水平力、屋面恒载活载以及墙体自重,同时需考虑作用与基础顶面的粮食堆载,按偏心荷载验算地基承载力。基础设计工况需考虑满仓、半仓、空仓三种工况。
当采用独立基础时,偏心方向为仓外。一般不让其出现零应力区,同时基础需验算其抗滑移稳定性。
当采用桩基础时,偏心弯矩作用下,桩可能出现上拔力,基桩构造需按抗拔桩考虑,同时基桩需验算其水平承载力。
4、砌体平粮仓构造要求
由于砌体平粮仓传力路径简洁明了,赘余度小,需要采取充分的构造措施确保其整体稳定性,消除施工带来的不确定性因素,增大赘余度。其主要构造措施如下:
(1)圈梁作为重要的受力、传力构件,圈梁不宜采用分离式配筋,圈梁所有受力和构造钢筋均需通长设置。
(2)地震工况下,构造为主,计算为辅,墙体高度方向上,每500高设置2道兜圈封闭拉结筋。
(3)墙上不得留有任何脚手架眼,以免影响砌体受力性能。
(4)挡粮门洞及观察窗属于受力不连续的薄弱处,门洞两侧采取附加通高的门柱,窗洞处必须采取封闭兜圈梁柱进行补强。
(5)为防止基础滑移,需进行抗滑移验算外。为增大基底摩擦力,基底垫层可采用碎石混凝土。基础或承台埋设不宜小于1.6M,利用基础侧面土体抵抗水平力,且基坑回填土体压实系数不小于0.94。
(6)为加强平粮仓整体性,排架柱与圈梁均应与砌体同步随砌随浇筑。
(7)由于山墙与屋盖为弱连接,可考虑在山墙柱顶处屋盖面层上附加配筋现浇带,确保山墙在承受水平荷载时,有一定的反拉作用,见图4。
总结:
平粮仓虽体量小,但其涉及到排架、砌体等方面的综合考量,多仓之间会设置悬挑牛腿支撑网架或实腹钢梁雨棚,每个节点均需仔细推敲,且无专业软件可直接建模分析,对专业知識的综合度要求较高。因此,平粮仓结构设计时,注重其堆粮水平荷载较大的特点,需做到结构力学概念清晰,传力路径明确,注重构造措施增加其结构赘余度。
参考文献:
[1]《粮食平房仓设计规范》(GB50320-2014)
作者简介:
张贤成(1984.10-),湖南,男,汉,本科,工程师,现主要从事的工作:设计管理。
【关键词】平粮仓;砌体;建筑结构
1、引言
结构设计注重力学模型明确、传力路径高效,这样的建筑才能节约造价。砌体平粮仓即为一种传力路径高效、节约建造成本的建筑物,但其结构赘余度很少,且堆粮侧压力较大,因此平粮仓结构设计时,既要注重力学分析,也要注重构造要求以增加结构的可靠度。
2、砌体平粮仓的结构特点分析
砌体平粮仓一般为单层单跨框排架结构。根据功能所需一般用横墙分隔为多廒间组合,柱距一般为6M,单跨最大跨度可做到24M,檐口高度一般为8-10M,堆粮高度一般为5-7M。屋面可采用预制的双T板或者预应力拱板。典型的平粮仓平面及立面见图1。
3、砌体平粮仓的结构设计要点分析
3.1 砌体平粮仓结构概念设计
平粮仓屋面为装配式无檩体系钢筋混凝上屋盖,其廒间分隔横墙间距需满足其空间工作性能为刚性方案,即房屋横墙间距s≤32M,横墙长度不宜小于其高度。结构设计时,需分别考虑满仓、半仓、空仓三种工况。
3.2 砌体平粮仓传力路径分析
粮食侧压力→柱间纵墙(山墙)→圈梁→排架柱(山墙柱)→基础
风荷载(含柱顶集中力)→山墙→圈梁(屋架)→山墙柱→基础
水平地震力与风荷载传递路径类似,采用底部剪力法,柱顶和基础顶分别作用一个重力荷载代表值。
3.2.1粮食侧压力
粮食侧压力为三角形分布,其水平压力标准值公式为:Phk=kγs,其分布见图2。
其中:k为平堆时粮食侧压力系数
s为粮食顶面距计算截面的距离
γ为粮食重力密度
粮食与墙体之间竖向摩擦力较小,且对抗侧力构件及基础有利,可不列入计算分析,作为安全储备。
3.2.2砌体墙受力分析
由于平粮仓跨度较大,一般不小于12M,而受力圈梁层间间距不超过2.5M,砌体墙为单向简支受弯构件分析,圈梁作为其铰结点,按砌体受弯构件分别验算其受弯承载力和受剪承载力。墙体厚度主要与堆粮高度有关,当堆粮高度超过6M时,墙体厚度一般取490mm,堆粮高度小于6M时,墙体厚度可取370mm。
3.2.3圈梁受力分析
除基础圈梁外,上部圈梁截面为墙厚×240,可作为连续多跨卧梁计算,只承受堆粮侧压力,粮仓排架柱或山墙柱作为其支座,受荷宽度范围内的粮食堆载作为线荷载作用于卧式圈梁上。
基础圈梁既承受粮食侧压力,亦承受上部墙体自重,截面宽度为墙厚,其截面高度根据竖向荷载确定,为双向受弯构件。
3.2.4排架柱受力分析
刚性方案下,为两铰刚架体系,屋盖视为刚性杆,柱为压弯构件。屋面荷载作为竖向集中偏心荷载传递给排架柱,层间圈梁支座反力作为水平集中荷载传递给排架柱。排架柱侧向稳定由圈梁和墙体保证。由于排架柱承受较大的水平荷载,柱截面为矩形截面,常用的截面有400x700,500x900等。排架柱受力模型见图3。
3.2.5山墙柱受力分析
山墙柱受荷情况与排架柱一致,但其边界条件有所不同。山墙柱实际上为柱底刚结,预制屋盖作为山墙柱顶弹性支座,设计时可按悬臂柱进行验算,柱顶弹性支座可作为其安全储备。
3.2.6基础受力分析
基础承受排架柱传来的水平力、屋面恒载活载以及墙体自重,同时需考虑作用与基础顶面的粮食堆载,按偏心荷载验算地基承载力。基础设计工况需考虑满仓、半仓、空仓三种工况。
当采用独立基础时,偏心方向为仓外。一般不让其出现零应力区,同时基础需验算其抗滑移稳定性。
当采用桩基础时,偏心弯矩作用下,桩可能出现上拔力,基桩构造需按抗拔桩考虑,同时基桩需验算其水平承载力。
4、砌体平粮仓构造要求
由于砌体平粮仓传力路径简洁明了,赘余度小,需要采取充分的构造措施确保其整体稳定性,消除施工带来的不确定性因素,增大赘余度。其主要构造措施如下:
(1)圈梁作为重要的受力、传力构件,圈梁不宜采用分离式配筋,圈梁所有受力和构造钢筋均需通长设置。
(2)地震工况下,构造为主,计算为辅,墙体高度方向上,每500高设置2道兜圈封闭拉结筋。
(3)墙上不得留有任何脚手架眼,以免影响砌体受力性能。
(4)挡粮门洞及观察窗属于受力不连续的薄弱处,门洞两侧采取附加通高的门柱,窗洞处必须采取封闭兜圈梁柱进行补强。
(5)为防止基础滑移,需进行抗滑移验算外。为增大基底摩擦力,基底垫层可采用碎石混凝土。基础或承台埋设不宜小于1.6M,利用基础侧面土体抵抗水平力,且基坑回填土体压实系数不小于0.94。
(6)为加强平粮仓整体性,排架柱与圈梁均应与砌体同步随砌随浇筑。
(7)由于山墙与屋盖为弱连接,可考虑在山墙柱顶处屋盖面层上附加配筋现浇带,确保山墙在承受水平荷载时,有一定的反拉作用,见图4。
总结:
平粮仓虽体量小,但其涉及到排架、砌体等方面的综合考量,多仓之间会设置悬挑牛腿支撑网架或实腹钢梁雨棚,每个节点均需仔细推敲,且无专业软件可直接建模分析,对专业知識的综合度要求较高。因此,平粮仓结构设计时,注重其堆粮水平荷载较大的特点,需做到结构力学概念清晰,传力路径明确,注重构造措施增加其结构赘余度。
参考文献:
[1]《粮食平房仓设计规范》(GB50320-2014)
作者简介:
张贤成(1984.10-),湖南,男,汉,本科,工程师,现主要从事的工作:设计管理。