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)

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)

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不变。为省级储备粮库的建设提供了参考。

散装;粮食平房仓;排架;柱

1 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。

2 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LL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。

图1 排架立面Fig.1 Elevation of bent frame

3 荷载取值

3.1 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]。 ,φ按照小麦内摩擦角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);γ按照小麦重力密度8.0 kN/m3取值。

表1 跨度L、存粮高度h、柱高HTab.1 Span(L),height of grain(h),height of columns(H)

表2 平房仓屋面做法及荷载Tab.2 Roof of grain storehouse and load

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。由连系梁LL1,LL 2,LL3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①、②、③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 rizontal p ressure of grain

表3 粮食水平荷载Ph1,Ph2,Ph3Tab.3 Horizontal p ressure Ph1,Ph2 and Ph3 of grain

3.3 荷载传递简图

粮食侧压力首先由LL间的墙体传至LL,再由LL以集中荷载形式传至柱[4]。荷载传递简图见图3和图4。

4 结构受力计算结果

4.1 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LL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HRB400,柱截面按照对称配筋;利用结构软件PKPM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0.10g。

4.2 计算结果

经PKPM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4 24 m跨柱的受力分析结果Tab.4 Results of stress analysis on 24 m-span columns

表5 27 m跨柱的受力分析结果Tab.5 Results of stress analysis on 27 m-span columns

表6 30 m跨柱的受力分析结果Tab.6 Results of stress analysis on 30 m-span columns

4.3 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]。

将式(3)转换为

从式(4)可以看出,影响配筋量的主要因素是轴向力N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NTab.7 Eccentricity(e)and axial force(N)

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,Ne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。

5 结 语

1)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)相同存粮高度情况下,存粮量随跨度增加,柱配筋量基本保持不变。

3)从排架柱受力情况分析,在相同仓容量的情况下,散装粮食平房仓适宜选用较大跨度。

4)笔者仅从柱受力角度进行分析研究,平房仓总体造价还应结合地基、基础情况综合考虑。

[1] 王振清,付红庆.《粮食平房仓设计规范》制订背景及内容简介[J].粮食流通技术(Grain Distribution Technology),2002(5):16.

[2] 崔计福,徐建军,王荣帅.浅谈粮食平房仓墙体改革[J].粮食流通技术(Grain Distribution Technology),2003(5):16.

[3] 中国建筑标准设计研究院.04G415-1预应力混凝土折线形屋架[M].北京:中国建筑标准设计研究院,2004.

[4] GB 50320—2001,粮食平房仓设计规范[S].

[5] GB 50010—2002,混凝土结构设计规范[S].

[6] 朱嘉斌.板桁结合斜拉桥空间非线性静力分析[J].河北工业科技(Hebei Journal of Industrial Science and Technology),2009,26(3):151-155.

Research in mechanical analysis of bulk grain storehouse columns

HUANG Li,ZHANG Chun-hui,L IANG Xiao-yong

(College of A rchitecture Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei 050018,China)

Aiming at the varied spans of 24 m,27 m and 30 m for the bulk grain sto rehouse,themechanical calculationsof the bent frame columnsw ith different grain height of 4.5 m,5.0 m and 5.5 m were respectively performed.Themain findings are that the reinfo rcementof columns rises rapidly w ith the increasing grain height.However,under the invariable grain height the reinfo rcement of columns has little variance w ith increasing span.Those findings are helpful to the construction of p rovincial grain storehouse.

bulk;grain storehouse;bent frame;columns

TU 375

A

1008-1542(2010)05-0468-04

2010-05-06;

2010-05-25;责任编辑:冯 民

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(2008-232)

黄 鹂(1971-),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。