钢结构矩形与圆形斗仓的应用比较

马 骏 许先杰

(中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088)



钢结构矩形与圆形斗仓的应用比较

马 骏 许先杰

(中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088)

介绍了钢渣热闷处理中钢料仓常见的结构形式，通过对矩形料仓与圆形料仓的计算，对比分析了两种结构形式的受力特点与所用钢板的厚度，为钢料仓的结构选型提供了依据。

钢料仓，矩形斗仓，圆形斗仓，用钢量

1 概述

在工业建筑设计中，例如钢渣热闷处理生产线中，钢料仓作为储存钢渣或物料的容器经常被用到。钢料仓结构分为矩形钢仓、圆形钢仓、双曲线钢仓以及抛物线钢仓等结构形式，其中矩形和圆形应用较多。为了对矩形钢仓和圆形钢仓用钢量有个直观影响，并对工艺选型提供参考，本文对两种结构形式的钢仓进行计算分析。

2 计算参数

钢料仓一般位于室内，计算时不考虑风荷载和地震荷载。

储料重力密度为：γ=18 kN/m3,30 kN/m3,60 kN/m3；内摩擦角：φ=30°；

侧压力系数：K=tan2(45°-φ/2)=0.333；结构重要性系数：γ0=1.0；

储料冲击影响系数：C=1.25；法向压力系数：ζ=cos2α+Ksin2α；

恒荷载分项系数：γG=1.2；储料荷载分项系数：γQ=1.3。

3 矩形料仓的计算

3.1 矩形料仓尺寸

料仓边长：an=bn=5 m,6 m,7 m；料仓竖壁高度hn=3 m；漏斗部分高度hh=3.5 m；入料口尺寸为a×b=800 mm×800 mm；下料口尺寸为ah×bh=1 m×1 m。

矩形料仓尺寸见图1。

3.2 矩形料仓计算

3.2.1 矩形料仓的几何特性

计算时按照堆积角度为30°考虑，即堆料坡面与水平面夹角为30°。

料仓总有效容积：V=V1+V2(其中，V1和V2分别为竖仓部分容积和漏斗部分容积)。

斜壁斜高Hn及斜壁与水平面夹角：

其中，n为斜壁编号1～4；cn为由an，bn边到ah，bh边的水平距离。

相邻斜壁n和n+1的相交肋长及该肋与水平面的夹角：

3.2.2 受力计算

储料台体重心以下距离s处，单位面积上的竖向压力标准值：Pv=C·γ·s。

该位置高度处，作用于仓壁单位面积上的水平压力标准值：Pn=k·Pv。

作用于漏斗壁单位面积上的法向压力标准值：Pn=ζ·Pv。

3.2.3 壁板及加劲肋计算

1)竖壁计算。对于竖壁，当hn/an≤0.5，按单向板计算；当0.5

2)斜板计算。漏斗部分的斜板，一般采用加劲肋分割成数段，每段为梯形板，可采用下式换算成矩形板进行计算(见图2)。

3)壁板及加劲肋计算。

a.斜壁弯矩设计值和挠度计算：水平加劲肋和垂直加劲肋可视为斜壁的弹性支点，将斜壁划分为双向板或单向板。双向板可近似按四边固定板计算：

b.加劲肋计算。根据《贮仓结构设计手册》第四章第三节矩形斗仓中内容，当加劲肋采用水平布置时，要不垂直于斜壁布置可采用更小截面。本文中只计算采用水平布置的加劲肋计算。水平加劲肋承受的水平荷载标准值，可不考虑斜壁摩擦力的有利影响。

其中，Pna，Pnb均为水平加劲肋处法向压力标准值；Li和Li+1分别为该加劲肋上下两板的跨度，m。

一肢水平布置的加劲肋，当漏斗对称布置时，弯矩设计值为：

其中，C=bn/an;ξ为系数，与加劲肋两端弯矩有关，可由表格查出。

对于方形方仓，Ma=Mb，C=1，va=vb，ξ=1。

4 圆形料仓的计算

4.1 圆形料仓尺寸

料仓直径：dn=5m,6m,7m；料仓竖壁高度hn=3m；漏斗部分高度hh=3.5m。入料口尺寸为d=800mm；下料口尺寸为d0=1m。

圆形料仓尺寸见图3。

4.2 圆形料仓计算

4.2.1 圆形料仓的几何特性

料仓总有效容积：V=V1+V2。

斜壁与水平面夹角及斜壁斜长：

tanα=2hh/(dn-d0)；l1=d0/(2cosα)，l2=dn/(2cosα)。

4.2.2 壁板及加劲肋计算

为简化设计，假定钢板自重和内衬自重约为贮料荷载的8%，转化为贮料和在建计算。

1)圆形斗仓计算截面处斜壁单位宽度上的环向拉力设计值(kN/m)。在贮料和自重荷载作用下，漏斗顶部的环向拉力设计值为：

Nρ=1.08γQ·ζ·ctgpv2l2。

漏斗底部的环向拉力设计值：Nρ=1.08γQ·ζ·ctgpv1l1。

其中，ζ=cos2α+Ksin2α；pv1，pv2分别为贮料作用于漏斗底部和顶部单位面积上的竖向压力标准值，kPa。

2)圆形斗仓计算截面处斜壁单位宽度上的径向拉力设计值(kN/m)。在贮料和自重荷载作用下，漏斗顶部的斜向拉力设计值为：

其中，n=l1/l2；γ为贮料重力密度。

3)圆形斗仓在仓口吊挂给料设备作用下。

Nm2=γGGK′/(πdhsinα)。

其中，GK′为仓口吊挂给料设备荷载标准值。

4)圆形斗仓的强度计算。漏斗壁在薄膜力作用下双向受拉、其壁板强度计算：

σ=Nmax/A=Nmax/t≤f。

其中，Nmax=max(Nρ，Nm)。

5 钢料仓计算结果

1)矩形料仓计算结果见表1，圆形料仓计算结果见表2。

表1 矩形料仓计算结果统计表

表2 圆形料仓计算结果统计表

2)矩形料仓及圆形料仓比较分析。比较表1及表2可以得出：a.当矩形料仓边长和圆形料仓直径相等时，矩形料仓有效容积远大于圆形料仓；b.当两种钢仓形式有效容积相等或接近时，圆形料仓用钢量远小于矩形料仓；c.当两种料仓尺寸差距不大时，单位容积所需用钢量，圆形料仓明显较小。

另外，根据计算和实际受力分析可知，矩形料仓在储料时，侧壁和加劲肋共同形成方框结构，应根据受力计算采用加劲肋。而圆形料仓一般只受环向应力、径向拉力、压力等力的作用，一般不需设置加劲肋。

当支撑钢仓的框架结构尺寸恒定时，矩形料仓可有效利用空间尺寸，尽可能的多储料。所以，实际设计时，应根据空间情况、施工条件、储料容积要求、储料密度以及设备要求等实际情况进行确定。

6 结语

钢仓不仅有矩形和圆形等结构形式，还有双曲线料仓和抛物线料仓等结构形式；且钢仓的支撑方式也分为吊仓或坐仓等支撑方式。所以，在实际应用和工艺选型时，单位容积用钢量仅仅是其中一个考虑方面。本文仅从计算方面来比较矩形料仓和圆形料仓在单位有效容积的用钢量。

[1] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

[2] 《贮料结构设计手册》编写组.贮仓结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1999.

Comparison of application of the steel rectangular and circular silo

Ma Jun Xu Xianjie

(CentralResearchInstituteofBuildingandConstructionCo.,Ltd,MCCGroup,Beijing100088,China)

The paper introduces common steel silo structure forms in steel slag fever processing. Through calculating the rectangular and circular silo, it compares and analyzes their stress features and steel sheet thickness, which has provided some guidance for steel silo structure selection.

steel silo, rectangular silo, circular silo, steel quantity

1009-6825(2017)07-0036-03

2016-12-24

马 骏(1980- )，男，工程师； 许先杰(1979- )，男，工程师

TU318

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