散装粮食平房仓柱的受力分析研究

1、2010 年 10 月J o ur nal of Hebei U niver sit y of Science a nd Technolo gyOct . 2010文章编号 :100821542 ( 2010) 0520468204散装粮食平房仓柱的受力分析研究黄鹂 ,张春会 ,梁小勇(河北科技大学建筑工程学院 ,河北石家庄050018)摘要 :针对 24 ,27 ,30 m 3 种跨度的粮食平房仓 ,分别按照 4 . 5 ,5 . 0 ,5 . 5 m 3 种存粮高度进行排架柱的受力分析 ,发现柱配筋量随存粮高度的增加增长较快 ,而在存粮高度保持不变的情况下 ,柱 配筋量随跨度的增加基本保持

2、不变 。为省级储备粮库的建设提供了参考。关键词 :散装 ;粮食平房仓 ;排架 ;柱中图分类号 : TU 375文献标志码 : ARe sea rc h i n mec ha nical a nal ysi s of bul k grai n sto re ho u se col u mnsH U A N G L i , Z HA N G Ch un2h ui , L IA N G Xiao2yo ng( College of A rchitect ure Engineering , Hebei U niver sit y of Science and Technolo gy , Shijiaz

3、huang Hebei 050018 , Chi na)Abstract :Aiming at t he va ried spa ns of 24 m , 27 m a nd 30 m fo r t he bul k grain sto reho use , t he mecha nical calculatio ns of t hebent f rame col umns wit h diff erent grain height of 4 . 5 m , 5 . 0 m and 5 . 5 m were re sp ectively p erfo r med. The main findi

4、ngs are t hat t he rei nfo rcement of col umns ri se s rapidly wit h t he increa sing grain height . Ho wever , under t he invariable grain height t he reinfo rcement of col umns ha s lit tle va ria nce wit h increa sing sp an. Tho se findings a re helpf ul to t he co nst r uctio n of p ro vincialgr

5、ain sto reho use.Key words : bul k ; grain sto reho use ; bent f ra me ; col umns散装粮食平房仓仓型粮食事关国家的安全和稳定 ,粮库的建设至关重要 。1998 年以来 ,中国先后投资兴建了约 5 000 万 t 的 国家粮食储备库 ,总投资近 250 亿元。其中 ,粮食平房仓为主要仓型 ,所占投资比例达到 70 %以上 1 。散装 粮食平房仓的结构形式 ,从最初的仓型结构有争议 ,到 2001 年 7 月粮食平房仓设计规范的实施 ,散装粮食 平房仓结构类型才逐渐统一为排架结构 。从结构上来看 ,散装粮食平房仓仓型结

6、构比较特殊 。其一 ,粮食侧压力由墙 、梁 、柱共同承担 ,墙体也是承重构件 ,此乃该结构的特殊之处 ,柱的受力分析较为复杂且目前受力分析计算方法不统一 ,这也是目前急 需解决的关键问题 ;其二 ,从以往设计经验看 ,采用国家储备粮库通用图的设计存粮高度均为 6 m ,排架柱受 力较大 ,地基处理和基础的造价也相应提高 。这种仓型对于河北省一些地方粮库并不适用 ,尤其是对于地基 条件不好的地区 。笔者从不同跨度和不同存粮高度的各种组合状况 ,逐个分析跨度和存粮高度对排架柱受 力及配筋的影响 ,为今后建设经济合理、安全可靠的散装粮食平房仓提供参考和建议 。1收稿日期 : 2010205206 ;

7、修回日期 :2010205225 ; 责任编辑 :冯 民基金项目 : 河北省科技厅计划资助项目( 072156164) ;河北省教育厅计划资助项目( 2007443) ; 河北省建设厅计划资助项目( 20082232)作者简介 : 黄 鹂( 19712) ,女 ,湖北黄冈人 ,副教授 ,硕士 ,主要从事钢筋混凝土结构方面的研究。第 5 期黄 鹂等 散装粮食平房仓柱的受力分析研究469研究结构模型研究对象为屋架体系屋盖平房仓 ,屋架选用钢 筋混凝土折线形屋架 ,屋架上搭钢筋混凝土大型屋 面板 。墙体采用 370 mm 厚烧结黏土多孔砖 2 。钢 筋混凝土柱距 6 m ,为进行不同跨度 、不同存粮

8、高度 之间的柱受力比较 ,柱截面统一为 b h = 400 mm 700 mm ,柱底标高算至基础顶面 ,取 - 1 . 3 m ,柱顶 标高按照比存粮线高 1 . 6 m 设计。墙体连系梁 L L 沿高度设置 4 道 ,LL 中心高度分别为 0 和 1. 8 m 、 粮食顶面标高、柱顶标高。排架立面图见图 1 ,跨度L 、存粮高度 h 及相应的柱高 H 见表 1 ,平房仓屋面做法及荷载见表 2 。2图 1排架立面Fig. 1 Elevatio n of bent f rame表 1跨度 L 、存粮高度 h 、柱高 HSpa n ( L ) , height of grain ( h) , h

9、eight of col umns ( H)Ta b. 1跨度 L / m存粮高度 h/ m柱高 H/ m244 . 5 ,5 . 0 ,5 . 57 . 4 ,7 . 9 ,8 . 4荷载取值3274 . 5 ,5 . 0 ,5 . 57 . 4 ,7 . 9 ,8 . 43 . 1永久荷载参与组合的永久荷载包括屋盖自重 、屋架自重。24 ,27 ,30 m 跨度的钢筋混凝土折线形屋架自 重标准值分别为 113 ,128 ,143 kN 3 。3 . 2可变荷载石家庄地区的风压标准值选用 0 . 35 kN/ m2 ,屋 面可变荷载标准值为 0 . 5 kN/ m2 ,石家庄地区基本雪压为

10、0 . 30 kN/ m2 ,屋面可变荷载和雪荷载不同时考虑 ,因此仅考虑可变荷载标准值为 0 . 5 kN/ m2 。 粮食对仓壁的压力分为水平压力和竖向摩擦力 ,而后者由墙体承受并直接传递给基础 ,因此在计算排架柱时不考虑。深度 s 处粮食作用于仓壁单位 面积上的水平压力标准值按式 (1) 计算 4 。304 . 5 ,5 . 0 ,5 . 57 . 4 ,7 . 9 ,8 . 4表 2平房仓屋面做法及荷载Ta b. 2 Roof of grain sto reho use a nd load荷载标准值/( kN m - 2 )屋面均布永久荷载合计/ ( kN m - 2 )屋面做法三毡四

11、油防水层20 mm 1 3 水泥砂浆找 平层100 mm 厚聚苯乙烯泡沫 塑料板保温层20 mm 1 3 水泥砂浆找 平层 钢筋混凝土大型屋面板 含灌缝0 . 40 . 40 . 052 . 750 . 41 . 5Ph = ks 。( 1)2co s式中 :粮食侧压力系数 k =,按照小( 1 + si n ) 2麦内摩擦角 25取值 ( 为保证上部结构安全 , 在计算粮食水平压力时未考虑小麦对仓壁的外摩擦角) ;按照 小麦重力密度 8 . 0 kN/ m3 取值。在计算不同跨度、不同存粮高度的情况下 , 由连 系梁传递给柱的粮食水平荷载时 ,偏安全地将每块墙 板计算区格视为单向板 。由连系

12、梁 L L 1 , L L 2 , LL 3传给柱的粮食水平集中荷载值分别为 Ph1 , Ph2 , Ph3 ,那么计算 Ph1 , Ph2 , Ph3 的荷载取值范围分别为图 2 中 的 、区域 。具体计算值详见表 3 。图 2粮食水平荷载取值范围Fig. 2 A rea of ho rizo nt al p re ssure of grain表 3粮食水平荷载 Ph1 , Ph2 , Ph3Ta b. 3 Ho rizo nt al p re ssurePh1 , Ph2 a nd Ph3 of grain存粮高度 4 . 5 m存粮高度 5 . 0 m存粮高度 5 . 5 m粮食水平荷载

13、标高/ m标高/ m标高/ mPh/ kNPh/ kNPh/ kN01 . 80001 . 80001 . 800Ph1Ph271 . 01108 . 4779 . 79138 . 8388 . 56172 . 84 Ph3 4 . 500 17 . 74 5 . 000 24 . 96 5 . 500 33 . 36 HYPERLINK :/www / 1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 河 北 科 技 大 学 学 报2010 年4703 . 3荷载传递简图粮食侧

14、压力首先由 L L 间的墙体传至 L L ,再由 L L 以集中荷载形式传至柱 4 。荷载传递简图见图 3 和 图 4 。结构受力计算结果44 . 1计算假定笔者按照单侧堆粮的最不利装载情况考虑柱底最不利内力组合 ;粮食摩擦力直接由墙体传递给基础 ,不 由柱承受 ;在所设置 L L 高度的情况下墙体强度满足要求 ;混凝土等级为 C30 ,钢筋种类为 H RB400 ,柱截面按照对称配筋 ;利用结构软件 P KPM 计算平面铰接排架 ,进行最不利内力组合 ;仓容量按照国家粮食储备库 标准长度 60 m 估算 ;按照石家庄地区设计 ,抗震设防烈度为 7 度 ,基本地震加速度值为 0 . 10 g

15、。4 . 2计算结果经 P KPM 软件计算 ,不同跨度、不同存粮高度组合下 ,排架柱的最不利内力组合值以及截面配筋量详见 表 4 、表 5 、表 6 。表 424 m 跨柱的受力分析结果Ta b. 4Re sult s of st re ss analysi s o n 24 m2sp an col umns存粮高度/ m估算仓容量/ kg最不利弯矩/ ( kN m)最不利轴向力/ kN最不利剪力/ kN配筋量/ mm24 . 617 10 65 . 130 10 65 . 643 10 64 . 5624 . 5463270 . 92 4695 . 0762 . 9468325 . 73

16、1015 . 5986 . 4473394 . 34 118表 527 m 跨柱的受力分析结果Re sult s of st re ss analysi s o n 27 m2sp an col umnsTa b. 5存粮高度/ m估算仓容量/ kg最不利弯矩/ ( kN m)最不利轴向力/ kN最不利剪力/ kN配筋量/ mm25 . 194 10 65 . 771 10 66 . 348 10 64 . 5631 . 4513272 . 82 4635 . 0799 . 3518331 . 33 2295 . 5993 . 7523396 . 04 116 1994-2015 China

17、Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. HYPERLINK :/www / 第 5 期黄 鹂等 散装粮食平房仓柱的受力分析研究471表 630 m 跨柱的受力分析结果Re sult s of st re ss analysi s o n 30 m2sp an col umnsTa b. 6存粮高度/ m估算仓容量/ kg最不利弯矩/ ( kN m)最不利轴向力/ kN最不利剪力/ kN配筋量/ mm25 . 771 10 66 . 413 10 67 . 054 10 64 . 5637 . 6563

18、274 . 62 4545 . 0805 . 6568333 . 03 2225 . 51 000 . 2573397 . 64 1104 . 3柱截面配筋量按公式计算分析平房仓柱一般为大偏心受压构件 ,按照对称配筋 ,因此满足式 (2) 以及式 (3) 5 。N 1 f c b x 。( 2)N e 1 f c b x ( h0 - x ) + f y A s ( h0 - as ) 。( 3)2将式 ( 3) 转换为x )N e - 1 f c b x ( h0 -2A s = As =。( 4)f y ( h0 - as )从式 ( 4) 可以看出 , 影响配筋量的主要因素是轴向力 N

19、和偏心矩 e 。不同受力情况下的轴向力 N 和偏心矩 e 比较见表 7 5 。表 7偏心矩 e 和轴向力 NEccent ricit y ( e) and axial fo rce ( N )Ta b. 7存粮高度 4 . 5 m存粮高度 5 . 0 m存粮高度 5 . 5 m跨度/ me0 / mme/ mmN / kNe0 / mme/ mmN / kNe0 / mme/ mmN / kN24271 3491 2311 . 0911 . 0991 7771 6584635131 6301 5431 . 0851 . 0902 0741 9874685182 0851 9001 . 0751 . 0822 5462 361473523301 1331 . 1081 5615631 4181 . 0981 8625681 7461 . 0892 206573由表 7 可分析得出 ,在存粮高度不变的情况下 ,随跨度增加 ,轴向力 N 增大 ,同时偏心矩 e 在减小 , N e值变化幅度在 3 %左右 ,因此最终柱截面配筋量随跨度增加的变化很小。结语51) 相同跨度情况下 ,随存粮高度增加约 10 % ,柱截面配筋量增加约 30 % ,因此省级粮食储备库建设要慎重考虑存粮线的大幅提高 ,尤其是对于地基比较软的地区 。2)