砌体平粮仓结构设计要点

【摘要】随着全球疫情扩散和不确定性，人类的生产、生活受到了极大的影响，粮食的生产、储备已提高到国家战略层面。粮仓，作为储备粮食建筑物其重要性不言而喻。根据笔者多个案例的实践操作，本文对砌体平粮仓的结构设计要点进行分析、总结与探讨。

【关键词】平粮仓;砌体;建筑结构

1、引言

结构设计注重力学模型明确、传力路径高效，这样的建筑才能节约造价。砌体平粮仓即为一种传力路径高效、节约建造成本的建筑物，但其结构赘余度很少，且堆粮侧压力较大，因此平粮仓结构设计时，既要注重力学分析，也要注重构造要求以增加结构的可靠度。

2、砌体平粮仓的结构特点分析

砌体平粮仓一般为单层单跨框排架结构。根据功能所需一般用横墙分隔为多廒间组合，柱距一般为6M，单跨最大跨度可做到24M，檐口高度一般为8-10M，堆粮高度一般为5-7M。屋面可采用预制的双T板或者预应力拱板。典型的平粮仓平面及立面见图1。

3、砌体平粮仓的结构设计要点分析

3.1 砌体平粮仓结构概念设计

平粮仓屋面为装配式无檩体系钢筋混凝上屋盖，其廒间分隔横墙间距需满足其空间工作性能为刚性方案，即房屋横墙间距s≤32M，横墙长度不宜小于其高度。结构设计时，需分别考虑满仓、半仓、空仓三种工况。

3.2 砌体平粮仓传力路径分析

粮食侧压力→柱间纵墙（山墙）→圈梁→排架柱（山墙柱）→基础

风荷载（含柱顶集中力）→山墙→圈梁（屋架）→山墙柱→基础

水平地震力与风荷载传递路径类似，采用底部剪力法，柱顶和基础顶分别作用一个重力荷载代表值。

3.2.1粮食侧压力

粮食侧压力为三角形分布，其水平压力标准值公式为：Phk=kγs，其分布见图2。

其中：k为平堆时粮食侧压力系数

s为粮食顶面距计算截面的距离

γ为粮食重力密度

粮食与墙体之间竖向摩擦力较小，且对抗侧力构件及基础有利，可不列入计算分析，作为安全储备。

3.2.2砌体墙受力分析

由于平粮仓跨度较大，一般不小于12M，而受力圈梁层间间距不超过2.5M，砌体墙为单向简支受弯构件分析，圈梁作为其铰结点，按砌体受弯构件分别验算其受弯承载力和受剪承载力。墙体厚度主要与堆粮高度有关，当堆粮高度超过6M时，墙体厚度一般取490mm，堆粮高度小于6M时，墙体厚度可取370mm。

3.2.3圈梁受力分析

除基础圈梁外，上部圈梁截面为墙厚×240，可作为连续多跨卧梁计算，只承受堆粮侧压力，粮仓排架柱或山墙柱作为其支座，受荷宽度范围内的粮食堆载作为线荷载作用于卧式圈梁上。

基础圈梁既承受粮食侧压力，亦承受上部墙体自重，截面宽度为墙厚，其截面高度根据竖向荷载确定，为双向受弯构件。

3.2.4排架柱受力分析

刚性方案下，为两铰刚架体系，屋盖视为刚性杆，柱为压弯构件。屋面荷载作为竖向集中偏心荷载传递给排架柱，层间圈梁支座反力作为水平集中荷载传递给排架柱。排架柱侧向稳定由圈梁和墙体保证。由于排架柱承受较大的水平荷载，柱截面为矩形截面，常用的截面有400x700，500x900等。排架柱受力模型见图3。

3.2.5山墙柱受力分析

山墙柱受荷情况与排架柱一致，但其边界条件有所不同。山墙柱实际上为柱底刚结，预制屋盖作为山墙柱顶弹性支座，设计时可按悬臂柱进行验算，柱顶弹性支座可作为其安全储备。

3.2.6基础受力分析

基础承受排架柱传来的水平力、屋面恒载活载以及墙体自重，同时需考虑作用与基础顶面的粮食堆载，按偏心荷载验算地基承载力。基础设计工况需考虑满仓、半仓、空仓三种工况。

当采用独立基础时，偏心方向为仓外。一般不让其出现零应力区，同时基础需验算其抗滑移稳定性。

当采用桩基础时，偏心弯矩作用下，桩可能出现上拔力，基桩构造需按抗拔桩考虑，同时基桩需验算其水平承载力。

4、砌体平粮仓构造要求

由于砌体平粮仓传力路径简洁明了，赘余度小，需要采取充分的构造措施确保其整体稳定性，消除施工带来的不确定性因素，增大赘余度。其主要构造措施如下：

（1）圈梁作为重要的受力、传力构件，圈梁不宜采用分离式配筋，圈梁所有受力和构造钢筋均需通长设置。

（2）地震工况下，构造为主，计算为辅，墙体高度方向上，每500高设置2道兜圈封闭拉结筋。

（3）墙上不得留有任何脚手架眼，以免影响砌体受力性能。

（4）挡粮门洞及观察窗属于受力不连续的薄弱处，门洞两侧采取附加通高的门柱，窗洞处必须采取封闭兜圈梁柱进行补强。

（5）为防止基础滑移，需进行抗滑移验算外。为增大基底摩擦力，基底垫层可采用碎石混凝土。基础或承台埋设不宜小于1.6M，利用基础侧面土体抵抗水平力，且基坑回填土体压实系数不小于0.94。

（6）为加强平粮仓整体性，排架柱与圈梁均应与砌体同步随砌随浇筑。

（7）由于山墙与屋盖为弱连接，可考虑在山墙柱顶处屋盖面层上附加配筋现浇带，确保山墙在承受水平荷载时，有一定的反拉作用，见图4。

总结：

平粮仓虽体量小，但其涉及到排架、砌体等方面的综合考量，多仓之间会设置悬挑牛腿支撑网架或实腹钢梁雨棚，每个节点均需仔细推敲，且无专业软件可直接建模分析，对专业知識的综合度要求较高。因此，平粮仓结构设计时，注重其堆粮水平荷载较大的特点，需做到结构力学概念清晰，传力路径明确，注重构造措施增加其结构赘余度。

参考文献：

[1]《粮食平房仓设计规范》（GB50320-2014）

作者简介：

张贤成（1984.10-），湖南，男，汉，本科，工程师，现主要从事的工作：设计管理。