矿山钢筋混凝土矿仓结构设计初探

蔡继庆

天津矿山工程有限公司

矿山钢筋混凝土矿仓结构设计初探

蔡继庆

天津矿山工程有限公司

筒仓是用来贮存散体物料的一种理想的常用仓型，它占地面积小，仓容量大，便于机械化作业，在满足工艺要求的前提下，设计出安全经济合理的钢筋混凝土矿仓是设计师追求的目标。矿仓的受力十分复杂，设计时还要考虑工艺设备条件的影响，因此进一步加强对其的研究非常有必要。基于此本文分析了矿山钢筋混凝土矿仓结构设计。

矿山；钢筋混凝土；矿仓；结构设计

1 、概述

就目前的情况来看，筒仓结构的投资在整个矿业地面建筑中所占比重业相对较大。因此，筒仓结构设计的技术与经济合理性显得尤为重要。作为工程设计人员更应该具备一定的手算能力，从而提高设计水平。

2 、工程概况

矿仓是冶金工业中必不可少的一种短期贮存生产散料的构筑物。筛分车间的矿料通过胶带廊运送至矿仓的仓顶进料口，短时贮存后经过仓底卸料，再由胶带廊运至磨选车间进行加工。本工程位于我国某矿山，矿仓内径12m，地面标高3.5m，仓底标高8.5m，仓顶标高24.5m。仓顶有高度6.7m的圆形建筑。贮料为金矿石散料，松散密度1.65t/m3，矿石粒度12mm。该区地震烈度9度，场地类别按二类考虑。矿仓剖面如图1所示。

图1 矿仓剖面

3 、矿山钢筋混凝土矿仓结构设计

3.1 结构选型。

3.1.1 基础。本工程地基持力层位于碎石土层，根据荷载情况及上部结构综合分析确定采用筏板基础。在水平地震力作用下，筏板基础与地基能较好地协同工作，改善整个体系的受力特性。

3.1.2 仓下。支承筒仓仓下支承通常有：柱支承、筒壁支承、筒壁与内柱共同支承等形式。圆筒型筒仓重心较高，且贮料较重。震害研究表明：9度区，22%的柱承式筒仓倒塌，这是因为柱头部位刚度发生突变，应力集中所致，在9度区一般不选用柱承式筒仓。在矿仓的筒壁上设置胶带廊通过的洞口，宽度3m，在洞口两侧设置扶壁柱以增加筒壁的支承刚度，所以本矿仓采用筒壁加壁柱支承形式。设计矿仓时要考虑水平和竖向地震作用。作为仓下支承的筒壁需要承受较大的轴向力、剪力和弯矩，且受力较为复杂。筒壁要配置双层钢筋。竖向和环向钢筋的总配筋率均不宜小于0.4%，内外层钢筋设置拉筋，间距不宜大于500mm。根据《钢筋混凝土筒仓规范》，直径小于等于15m的筒仓，仓壁壁厚t=Dn/100+100。矿仓内径Dn=12000mm，t=12000/100+100=220＞200mm。根据裂缝演算，最终确定仓壁厚度400mm。

筒壁上设有门及窗，门洞及窗洞宽度均应大于1m。洞口短边大于1m处，除应计算洞口边缘的应力外，还需演算洞口角点的集中应力。洞口集中应力可采用洞口边缘应力的3～4倍。

3.1.3 仓壁。直接承受贮料水平压力的竖壁。

3.1.4 仓底。直接承受贮料的垂直压力。应综合考虑：(1)卸料畅通;(2)荷载传递明确，结构受力合理;(3)造型简单，施工方便;(4)填料较少。仓底形式最常用有整体连接型式和非整体连接型式。整体连接。仓底与仓壁整体浇筑，整体性较好，但不利于滑模施工，计算较复杂。非整体连接——仓底与仓壁分开布置，仓底通过边梁(或环梁)支承于筒壁壁柱上，也可与仓壁完全脱开，简化了计算，便于滑模施工。

3.1.5 仓顶。钢筋混凝土圆形筒仓的仓顶可采用梁板结构，当dn≥15m时可采用钢筋混凝土正截锥壳、正截球壳等结构形式。

3.1.6 仓上建筑物。仓顶以上建筑物，有单层或两层以上的厂房，一般布置有送料设备以及除尘设备等。

3.2 荷载

筒仓结构设计时，应考虑下列荷载。(1)永久荷载：结构自重、其他构件及固定设备施加在仓上的作用力、预应力、土压力、填料及环境温度作用等。(2)可变荷载：平台及楼面活荷载、贮料荷载、仓顶屋面活荷载、屋面风雪荷载、可移动设备荷载、固定设备中的活荷载及设备安装荷载、积灰荷载、筒仓外部的堆料荷载以及管道输送产生的正、负压力等。(3)风荷载：风荷载计算时，风载体形系数，对圆形单仓的仓壁和筒壁采用0.6，对矩形仓和仓壁相连的群仓采用1.3。(4)地震荷载：地震水平力计算时，取贮料总重的80%作为贮料的有效重量，而重心仍取满仓时的贮料总重的重心。

3.3 承载能力极限状态计算

对钢筋混凝土筒仓承载能力极限状态计算应采用荷载效应基本组合的设计值，其荷载分项系数(γg)按下列规定选用：结构自重：1.2;贮料荷载：1.3;楼面及平台活荷载：1.3(标准值＞4KN/m2);屋面活荷载：取1.4;雪荷载：1.4;风荷载：1.4;地震作用：1.3。

3.4 变形验算与抗裂验算

对钢筋混凝土筒仓正常使用极限状态下的变形验算及抗裂验算，应采用荷载效应的标准组合。应按《筒规》和相关工艺要求的规定采用，各荷载均取荷载效应标准值。

总之，我们设计者在钢筋混凝土筒仓的结构设计中，在贯彻执行国家技术经济政策前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量是非常必要的。

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[3]李旭绒.矿山腐蚀环境中混凝土材料结构性能劣化机理试验研究[D].北京科技大学，2016.

[4]兰常玉，张向东，薛鹏.钢筋混凝土结构冲击磨损问题试验研究[J].建筑结构，2009，S2：165-167.