混凝土深仓偏心卸料对仓壁水平钢筋的影响

周俊，丁可

（江苏省建筑材料研究设计院有限公司，江苏 南京 210009）

0 引言

偏心卸料是普遍存在于筒仓设计中的问题。由于工艺方面的实际需要，会将贮料筒仓的卸料口设计成偏心卸料口。即卸料口中心线与筒仓的中心线向某一方向偏移一段距离，以适应生产、储运的需要。在有多个卸料口的筒仓中，都会造成不对称或偏心卸料。有的筒仓为了不堵仓，根据工艺的需要专门设计成有偏心卸料功能的仓。偏心卸料时，仓壁的水平压力大于中心卸料时仓壁的水平压力，这对仓壁是不利的。我国规范是采用偏心卸料压力系数法来解决这一不利的影响因素。

1 用偏心卸料压力系数法解决偏心卸料对仓壁不利的影响

在偏心卸料时，储料压力对筒仓的不利影响，实质上仍属于压力不均匀分布的范畴，但是它比一般的储料不均匀情况严重，会对仓壁产生较大的附加侧压力，难以将此影响包括在综合修正系数Ch内。故根据钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003第4.2.2条规定，采用偏心卸料压力系数法解决偏心卸料对仓壁不利的影响。

偏心卸料作用于圆形仓仓壁上的水平压力：

式中：Ph—中心卸料仓壁单位面积的水平压力；Ec—圆形仓偏心卸料压力系数。

偏心卸料侧压力修正系数可按以下方法计算：

式中：dn——圆形筒仓内径；e——最大偏心卸料口与库中心距离。

根据公式：

（1）系数Ec是沿仓壁高度不变的，仓壁的水平压力增量ΔPh也是不变的；

（2）当e=0时，为中心卸料，Ec最小，Ec=1；

（3）当e=dn/2时，为库侧卸料，Ec最大，Ec= 1.5；

（4）当仓的直径dn确定后，Ec随e的增大而增大。Ec在1～1.5之间。

求出仓壁上的水平压力后，应用结构力学的方法，就可以求得作用在仓壁截面上的水平拉力。

中心卸料时，仓壁竖向截面单位高度的水平拉力设计值：

偏心卸料时，仓壁竖向截面单位高度的水平拉力设计值：

计算出仓壁的水平拉力后，根据混凝土结构设计规范GB50010-1010，按承载力极限状态下，轴心受拉构件计算出仓壁所需的水平钢筋配筋量：

中心卸料时，仓壁竖向截面单位高度配筋量：

式中：fy—钢筋抗拉强度设计值。

偏心卸料时，仓壁竖向截面单位高度配筋量：

2 仓壁在正常使用极限状态下的验算

根据钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003规定，仓壁的混凝土强度等级不应低于C30，受力钢筋的保护层厚度不应小于30 mm。按正常使用极限状态设计时，一般条件下，最大裂缝宽度[Wmax]的允许值为0.2 mm。

由于偏心卸料荷载为偶然荷载，在裂缝计算时，可不考虑偏心荷载的作用。在设计计算中取消偏心荷载后，保持配筋面积不变，发现各段仓壁裂缝宽度为0.37～0.49 mm，比规范要求的最大裂缝宽度0.2 mm相差较远；为满足规范的裂缝控制标准，需要增加较多的水平钢筋。特别需要指出的是，对于深仓，规范未明确计算仓壁裂缝宽度是否应考虑水平压力增大系数Ch。在一般设计中，均包含了水平压力增大系数Ch，这是仓壁的水平钢筋数量最终由裂缝宽度控制的原因。

根据钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003规定，取仓壁分段截面的宽度为Bo,高度为1 000 mm,可进行仓壁裂缝宽度的验算。

轴心受拉构件钢筋的应力：

其中，Tk=T/1.3。

最大裂缝宽度：

通过解一元二次方程求得仓壁各分段、各种规格钢筋满足裂缝宽度的配筋量As2。

3 仓壁环筋的构造要求

根据钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003规定，仓壁环筋直径应控制在10～25 mm；且钢筋间距应控制在70～200 mm。仓壁水平钢筋总的最小配筋率为0.4%。仓壁的最小配筋量为：

式中：Bo—仓壁厚度。

4 工程实例

某圆形水泥贮仓，直径dn=12 m,贮料计算高度hn=24 m,仓壁厚度Bo=250 mm,偏心卸料时e= 2.9 m。材料：混凝土强度等级为C30，受力钢筋采用HRB335。钢筋保护层厚度Cs=30 mm。hn/dn= 2.0＞1.5，为深仓。如图1所示,确定仓壁的水平钢筋。

图1 仓壁水平钢筋图

中心卸料与偏心卸料按承载能力极限状态仓壁受力和配筋的计算与比较见表1。

偏心卸料时，按承载能力和正常使用极限状态仓壁配筋量的计算与比较见表2。

仓壁的最小配筋量：

仓壁各分段水平钢筋最终的配筋量,取As= Max{As1’,As2,Asmin}最大值。

通过对计算结果进行比较，可以发现，按承载能力极限状态设计时，偏心卸料仓壁各分段水平钢筋配筋量比中心卸料增大了约33%。进行正常使用极限状态验算时，由于考虑了水平压力增大系数Ch，计算表明基本上是控制裂缝宽度所需的配筋量最大。因此，一般深仓仓壁各分段水平钢筋最终

的配筋量由控制裂缝宽度所需配筋量确定。

表1 中心卸料与偏心卸料按承载能力极限状态仓壁受力和配筋的计算与比较

表2 偏心卸料时，按承载能力和正常使用极限状态仓壁配筋量的计算与比较

5 结语

对于偏心荷载引起的仓壁应力不利分布，应给予高度重视，目前粗放型的增大系数只会增加钢材的用量，增大工程造价，并非解决问题的准确办法。在筒仓设计时，应避免小筒仓采用过大直径的钢筋。应要求工艺避免频繁的偏心卸料，对不可避免的偏心卸料，需采用可靠的措施予以处理。尽量为用户着想，节省工程投资。另外，不建议采用库侧卸料，如必须采用时，所用方案应确保结构的安全性并符合耐久性的要求。

[1]GB 50077-2003，钢筋混凝土筒仓设计规范[S].

[2]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].