雙T板屋面排架柱散裝糧食平房倉結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究

裘駿凱，鄭宏偉，方栩之

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

雙T板屋面排架柱散裝糧食平房倉結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究

裘駿凱，鄭宏偉，方栩之

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

由于散裝糧食荷載的特殊性，糧食平房倉上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)受到較大的水平力。以雙T板屋面排架柱結(jié)構(gòu)的糧食平房倉為例，介紹了上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的設(shè)計特點，并分析了雙T板糧食平房倉中屋面、墻體、水平聯(lián)梁、排架柱、基礎(chǔ)的設(shè)計疑難點，以使平房倉設(shè)計更為安全、經(jīng)濟與合理。

雙T板；排架柱；糧食平房倉；結(jié)構(gòu)設(shè)計

近幾年以來，隨著各地的儲備糧食需求日益增長，我國各地區(qū)高堆糧大跨度的散裝糧食平房倉都在加緊步伐的建設(shè)中，雙T板屋蓋結(jié)構(gòu)的散裝糧食平房倉因其具有自重輕，構(gòu)件少，施工快等優(yōu)點，在工程選用上選擇較為廣泛。對于散裝糧食平房倉而言，由于外側(cè)圍護結(jié)構(gòu)需要承受糧食堆積產(chǎn)生水平側(cè)壓力的特點，上部外側(cè)維護結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計對散裝糧食平房倉體系的安全可靠性顯得十分重要，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須將各方面的設(shè)計要求考慮全面，充分考慮每個項目設(shè)計的特點，研究出適合每個工程合理且經(jīng)濟的設(shè)計方案。

1 雙T板屋蓋散裝糧食平房倉的結(jié)構(gòu)組成

雙T板屋蓋散裝糧食平房倉結(jié)構(gòu)主要由基礎(chǔ)、排架柱、圈梁、墻體及雙T板屋蓋五大部分組成。

預(yù)應(yīng)力雙T板屋蓋在實際使用中肋梁一般放置在散裝糧食平房倉的兩側(cè)檐墻上，由于雙T板跨度選擇較多，適用于散裝糧食平房倉結(jié)構(gòu)體系裝載糧食，可以減少建筑物的建筑高度，在建筑設(shè)計時可以靈活地調(diào)整建筑物柱網(wǎng)的布置，也可以根據(jù)實際需要有較多的選擇。

散裝糧食平房倉的圍護墻體不僅要承受風(fēng)荷載、地震作用，還要承受由糧食堆積所產(chǎn)生的水平力，因此為了滿足散裝糧食平房倉外部圍護結(jié)構(gòu)能承受糧食水平力的要求，上部墻身厚度的設(shè)計需要根據(jù)結(jié)構(gòu)計算。在墻體設(shè)計中，因根據(jù)《糧食平房倉設(shè)計規(guī)范》(GB 50320—2014)第5.1.6條及6.2.5規(guī)定計算，根據(jù)不同的堆糧情況在墻體中設(shè)置圈梁，以滿足設(shè)計要求。散裝平房倉中的圈梁設(shè)置，可以承擔(dān)墻體傳來的糧食水平側(cè)壓力，再由圈梁傳給相鄰的混凝土排架柱；在檐墻頂部設(shè)置的柱頂連系梁承擔(dān)由雙T板屋蓋傳來的豎向荷載，將荷載傳遞給相鄰柱頂，這樣在受力上更為明確，使建筑物的整體穩(wěn)定性得到顯著的提高。散裝糧食平房倉結(jié)構(gòu)中的排架柱，一方面需要承擔(dān)墻體的自重，另一方面需要承擔(dān)上部雙T板屋蓋傳來的活荷載與恒荷載，風(fēng)荷載和地震作用，以及平房內(nèi)糧食堆積產(chǎn)生的水平力。因此合理選擇平房倉排架柱的截面尺寸，對現(xiàn)代化糧庫的整體設(shè)計顯得尤為重要。散裝糧食平房倉基礎(chǔ)的選擇應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計條件進行分析，一般為柱下獨立基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)。

雙T板屋面散裝糧庫平房倉結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)結(jié)合工程實際在建筑總體設(shè)計時選擇何種材料，糧庫的整體排布方式以及各建筑物各構(gòu)件的定位選擇上，應(yīng)該滿足后期正常使用要求，同時滿足現(xiàn)有國家規(guī)范要求。在散裝糧食平房倉結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)滿足規(guī)范要求，分別進行正常使用極限狀態(tài)與承載力極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)計算。

2 雙T板屋蓋散裝糧食平房倉屋蓋設(shè)計

雙T板屋面散裝糧庫平房倉中屋蓋的合理選擇十分重要，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)建筑設(shè)計的屋面荷載進行計算，滿足雙T板的承載力要求按照國家標(biāo)準(zhǔn)圖集選取雙T板型號，隨著現(xiàn)在節(jié)能減排的推行，大多數(shù)新建糧庫都會涉及到太陽能電池板，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)該考慮到屋面板的附加太陽能電池板的荷載，當(dāng)計算荷載超過國際標(biāo)準(zhǔn)圖集的選取范圍時應(yīng)當(dāng)自行設(shè)計預(yù)應(yīng)力雙T板。另外在實際設(shè)計時，平房倉廒間墻之間的距離不一定能滿足雙T板的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，遇到此類情況時通常有以下兩種設(shè)計方式；當(dāng)雙T板布置到離山墻或者廒間墻距離較小時，通常將相鄰標(biāo)高的圈梁一側(cè)設(shè)計為挑板來和雙T板連接；當(dāng)雙T板布置到離山墻或者廒間墻距離較大時，通常布置時將最后一塊雙T板在尺寸上進行裁剪處理，需要在實際施工中向雙T板廠家定做。在雙T板屋面設(shè)計時應(yīng)通常間隔設(shè)置混凝土剛性層兩端與山墻連接，以增加屋面整體穩(wěn)定性。

根據(jù)地區(qū)地震烈度不同，在雙T板與兩端檐墻連接方式上也有所不同，根據(jù)國家規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)圖集在6度，7度區(qū)域雙T板與兩端檐墻頂部圈梁連接時可采用預(yù)埋件焊接連接；在超過7度區(qū)域時應(yīng)根據(jù)烈度的不同及雙T板的不同跨度，雙T板與兩端檐墻頂部圈梁采用兩端螺栓連接或是一端螺栓連接一端采用預(yù)埋件焊接，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析。

3 雙T板屋蓋散裝糧食平房倉墻體與水平聯(lián)梁設(shè)計

散裝糧食平房倉墻體厚度的設(shè)計選擇，需要依據(jù)倉內(nèi)堆糧產(chǎn)生的水平側(cè)壓力的大小來具體設(shè)計。在設(shè)計平房倉墻體應(yīng)結(jié)合項目情況進行分析及計算，當(dāng)外圍受力墻體為磚砌體且由砌體間水平聯(lián)梁與鋼筋混凝土排架柱柱承重時，根據(jù)《GB 50320—2014》糧食平房倉設(shè)計規(guī)范第6.2.5條可以按下列規(guī)定進行結(jié)構(gòu)計算：糧食堆積產(chǎn)生的水平側(cè)壓力先通過水平聯(lián)梁間的磚砌體傳給水平聯(lián)梁，再通過水平聯(lián)梁傳給相鄰的排架柱；根據(jù)平房倉規(guī)范水平聯(lián)梁之間的磚砌體應(yīng)取單位寬度豎向條帶，并應(yīng)按簡支梁計算模型計算內(nèi)力，簡支梁最大彎矩和支座反力標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)范進行計算。墻體還承受糧食對墻面的摩擦力以及墻體自重，所以墻體應(yīng)屬于壓彎構(gòu)件。但由于摩擦力對磚砌體截面形心產(chǎn)生的偏心矩通常比較小，另外摩擦力對墻身受力是有利的，故在計算中可按照純彎構(gòu)件進行設(shè)計，計算結(jié)果偏于安全些。若墻體厚度設(shè)計選取不正確，會導(dǎo)致在后期使用過程中墻體產(chǎn)生裂縫，一方面不能保證結(jié)構(gòu)的使用功能，另一方面也不能保證結(jié)構(gòu)的安全。平房倉墻體的設(shè)計主要包括以下3點：墻體的布置、墻體構(gòu)造及計算。所以墻體的構(gòu)造與墻體布置是墻身設(shè)計中十分重要的組成部分。墻體布置地合理性影響到建筑物結(jié)構(gòu)空間的合理性，通常建筑設(shè)計時平房倉外墻會有空調(diào)板和入倉檢修平臺板等輔助構(gòu)件，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮到水平連梁的布置合理性，盡量使水平連梁在同一標(biāo)高內(nèi)不斷開，這也能夠進一步增加建筑物的整體穩(wěn)定性。

在進行散裝糧食平房倉墻體設(shè)計過程中，墻體之間的水平聯(lián)梁間距越大，墻體受到的彎矩越大，相應(yīng)墻體的厚度也要相應(yīng)增大；墻體之間的水平聯(lián)梁間距越小，墻體受到的彎矩越小，在具體設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地區(qū)情況不同采用不同材料的磚砌體，在墻體承載力符合要求的前提下應(yīng)盡量減少水平聯(lián)梁的設(shè)置，這樣能減少建筑物整體的造價。

4 雙T板屋蓋散裝糧食平房倉排架柱設(shè)計

散裝糧食平房倉排架柱一般設(shè)計成等截面的矩形鋼筋混凝土柱，來承擔(dān)上部雙T板屋蓋結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載，同時還需承擔(dān)平房倉倉內(nèi)堆放的糧食所產(chǎn)生的水平力、風(fēng)荷載與地震力等。通過計算所有承擔(dān)的荷載來確定排架柱截面的尺寸大小，由于平房倉的排架柱承擔(dān)的糧食水平側(cè)壓力非常大，因此排架柱截面高度尺寸通常很大，前期在柱網(wǎng)布置設(shè)計時，通常對截面尺寸較大的排架柱選擇向外偏，使平房倉內(nèi)表面與墻體齊平，方便在以后糧食的倒倉過程中，避免出現(xiàn)平房倉內(nèi)柱突出部分帶來的麻煩。排架柱在布置柱網(wǎng)時不僅要符合我國規(guī)范的規(guī)定，同時要滿足后期糧庫生產(chǎn)工藝流程方面的需求。

在排架柱設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：當(dāng)采用樁基礎(chǔ)時若底部承擔(dān)上部所有墻體重量的框架梁錨入承臺內(nèi)，則在計算排架柱時應(yīng)去掉墻體所產(chǎn)生的豎向軸力，此時排架柱由于軸力減小偏心距變大計算配筋會增大，在檐墻排架柱設(shè)計過程中我們可通過采用柱內(nèi)外側(cè)非對稱配筋來減少用鋼量，以達到降低造價的目的；在計算山墻柱時應(yīng)建立合理的計算模型，由于山墻柱不承受上部雙T板屋蓋傳來的豎向荷載，故在計算山墻柱配筋時軸力往往比檐墻柱小很多，此時柱截面會比檐墻柱大許多，設(shè)計時可通過調(diào)節(jié)山墻柱之間的間距來合理調(diào)整山墻柱的柱截面尺寸。

5 雙T板屋蓋散裝糧食平房倉基礎(chǔ)設(shè)計

在實際工程實例中大部分散裝糧食平房倉的基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ)或者樁基礎(chǔ)。由于糧食荷載產(chǎn)生的水平側(cè)壓力相當(dāng)大，在設(shè)計柱下獨立基礎(chǔ)中一般都將獨立基礎(chǔ)設(shè)計為偏心基礎(chǔ)，這樣可以有效地減小獨立基礎(chǔ)的底面積，從而減少工程造價。在基礎(chǔ)設(shè)計時，通過上部結(jié)構(gòu)計算得到排架柱柱底內(nèi)力值，在計算獨立基礎(chǔ)的過程中，很多附加因素也需要考慮在內(nèi)，其中包括獨立基礎(chǔ)的埋置深度，持力層地基的承載力，凍土深度，糧食堆積自重產(chǎn)生的有利豎向恒載，獨立基礎(chǔ)形心到柱中心的距離(偏心距離)，糧食對內(nèi)墻體的豎向摩擦力等。結(jié)合以上的各種設(shè)計條件，對排架柱柱底內(nèi)力進行最不利組合，得到最不利內(nèi)力組合后再進行基礎(chǔ)地基承載力計算。

當(dāng)土質(zhì)承載力較低，獨立基礎(chǔ)不能滿足設(shè)計要求時，一般采用柱下樁基礎(chǔ)。由于糧食水平力的特殊性，糧食平房倉在設(shè)計樁基礎(chǔ)時，與一般的樁基礎(chǔ)設(shè)計不全然相同。當(dāng)設(shè)計樁可承受抗拔力，在基礎(chǔ)設(shè)計時可設(shè)計為非偏心基礎(chǔ)，這種情況需要復(fù)核在糧食堆積產(chǎn)生的側(cè)壓力作用下，倉內(nèi)側(cè)樁是否出現(xiàn)拔力，如果內(nèi)側(cè)樁出現(xiàn)拔力，則需驗算單樁抗拔力是否超過樁最大抗拔力。若樁設(shè)計時不允許樁出現(xiàn)抗拔力，可以參考天然基礎(chǔ)的設(shè)計方法，在基礎(chǔ)設(shè)計時設(shè)計為偏心基礎(chǔ)，通過傳遞到基礎(chǔ)承臺上的糧食恒載和偏心荷載來減小糧食水平側(cè)壓力產(chǎn)生的負(fù)彎矩，使倉內(nèi)側(cè)樁不出現(xiàn)拔力。另外對于有中間隔墻或廒間墻的平房倉，不但需要計算兩側(cè)堆糧情況下的樁基礎(chǔ)設(shè)計，而且還需要考慮空倉情況下和單側(cè)堆糧的樁基礎(chǔ)設(shè)計。由于倉內(nèi)堆積糧食產(chǎn)生的水平荷載較大，在設(shè)計樁基礎(chǔ)時還需要驗算樁基的水平位移和水平承載力。在水平荷載的作用下，通?？煽紤]土、群樁、樁基承臺共同作用。

另外，對于散裝糧食平房倉而言，倉內(nèi)地坪大面積長時間的糧食堆載導(dǎo)致的地面沉降，從而對樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力，可能導(dǎo)致柱基向內(nèi)傾斜，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮由此對倉房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。一般在基礎(chǔ)設(shè)計時，需要計算由于地坪沉降導(dǎo)致的負(fù)摩阻力，依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)中第5.4.2條，當(dāng)樁周存在軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載，或地面大面積堆載(包括填土)時，計算樁基承載力時應(yīng)計入負(fù)摩阻力，應(yīng)根據(jù)本規(guī)范第5.4.3條、第5.4.4條在基礎(chǔ)設(shè)計時計算負(fù)摩阻力與其下拉荷載對樁基承載力的影響。

在平房倉獨立基礎(chǔ)設(shè)計中，根據(jù)《糧食平房倉設(shè)計規(guī)范》(GB 50320—2014)第6.2.10條中規(guī)定: “淺基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)進行基礎(chǔ)抗滑移驗算”。一般糧食平房倉基礎(chǔ)埋深較淺，由于獨立基礎(chǔ)承受的糧食水平荷載較大，豎向荷載比較小，獨立基礎(chǔ)的抗滑移應(yīng)按規(guī)范中的公式進行以下計算：

H≤(N+G)u/r

(1)

式中：H為上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)底面水平力設(shè)計值，kN；N為上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的豎向力設(shè)計值，kN；G為基礎(chǔ)自重設(shè)計值及其上的土標(biāo)準(zhǔn)值，kN；u為基礎(chǔ)底面對地基的摩擦系數(shù)；r為基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定系數(shù)，可取r=1.3。

隨著近幾年堆糧高度的不斷增高，基礎(chǔ)抗滑移驗算成為難點，在實際工程設(shè)計中若基礎(chǔ)埋深、上部豎向荷載無法改變時可通過以下幾點來嘗試增加基礎(chǔ)抗滑移能力，增加基礎(chǔ)底面對地基的摩擦系數(shù)即對持力層土質(zhì)進行局部處理以增加摩擦系數(shù)；在設(shè)計獨立基礎(chǔ)時可以考慮基礎(chǔ)底面傾斜，使局部水平力轉(zhuǎn)換為豎向壓力。

6 結(jié)語

由于雙T板屋面散裝糧食平房倉在受力上，使用功能上與其他的廠房相比具有其特殊性，因此在平房倉建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要充分考慮到每個工程實例的地區(qū)特點，提供合理的設(shè)計方案，才能全面的設(shè)計出更合理、經(jīng)濟、安全的散裝糧食平房倉。

Research on structure design of double T plate roof bent column bulk grain granary

Qiu Junkai, Zheng Hongwei, Fang Xuzhi

Wuxi COFCO Engineering & Technology Co., Ltd. (Wuxi 214035)

Because of the particularity of bulk grain loading, the grain storehouse superstructure and foundation are under large horizontal force. Taking grain storehouse bent column structure with double T roof as an example, the design characteristics of superstructure and foundation were introduced, and the roof, double T plate grain warehouse wall, horizontal connecting beam tressel, design and difficult point basis were analyzed, in order to make the warehouse design more secure, economical and reasonable.

double T plate; bent column; grain silo; structure design

2017-05-16

裘駿凱，男，1990年出生，助理工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

TU318

B

1672-5026(2017)03-041-04