某粮库粮食平方仓结构设计探析

郝成义 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

0 引言

“国以民为本，民以食为天”，粮食既是关系国计民生和国家经济安全的重要战略物资，也是人民群众最基本的生活资料，完善粮食储备体系，是粮食安全保障体系的重要组成部分。储存粮食的平方仓设计遵循《粮食平方仓设计规范》（GB 50320-2014）的规定。某粮库粮食平方仓按散装小麦堆梁线8m进行设计，屋架跨度24m，且建设方要求做双层屋盖，设计难度较大。本文介绍了该粮库粮食平方仓的具体结构设计过程，读者可以了解平方仓结构设计中的基础设计、墙体设计以及屋盖设计，对于需要进行相似粮食平方仓设计的设计人员具有一定指导和借鉴意义，而该粮库粮食平方仓设计采用的双层现浇钢筋混凝土屋盖具有一定的创新意义。

1 工程概况

项目位于合肥市肥西县官厅镇，含四栋粮食平方仓，每栋由两到三个平方仓共同组成，标准仓堆梁线下建筑平面详图1。

图1 标准仓堆梁线下建筑平面图

结构选型采用排架体系，纵横承重墙均采用490mm厚烧结粘土实心砖墙，堆梁线以下墙体于标高0.000、1.100、2.300、3.800、5.600、8.000 处设圈梁，除第一道圈梁尺寸为490x600外，其余圈梁尺寸按490x240，框排架跨度24m，排架柱尺寸500x1200，框架上弦梁 450x1200，下 弦 梁 450x700，吊 柱450x500，排架标准柱距6m，部分仓端部有小跨。仓内储粮按平堆小麦8m设计。标准框架立面剖面见图2。

图2 平方仓框排架剖面图

2 粮食荷载计算

平方仓结构上的荷载和作用主要有①永久荷载：结构自重、土压力、预应力或其他加在结构上随时间不变的荷载；②可变荷载：粮食荷载、屋面活荷载、输送设施吊挂荷载、风荷载、雪荷载、气密性加压检测荷载、温度作用或其他加在结构上随时间变化的荷载；③地震作用。与普通民用建筑不同的地方主要是粮食荷载，粮食荷载对仓壁的作用包括作用于仓壁的水平压力和竖向摩擦力，其水平压力标准值计算公式：Phk=kγs；竖向摩擦力标准值计算公式：Pfk=kγstanδ。规范附录B提供了一般平推散装粮食的水平侧压力系数及对墙面的摩擦系数值。粮食荷载还有一个需要注意的地方是，根据GB 50320-2014的规定，其分项系数取1.3。

3 平方仓墙体设计

平方仓墙体设计根据位置不同，可分为檐墙、山墙以及敖间墙。根据《粮食平方仓设计规范》（GB 50320-2014）的规定，“散装平房仓墙体应按实际结构形式分析及计算。当墙体为砌体且由钢筋混凝土柱与水平联梁承重时，应按下列规定进行计算：①粮食侧压力宜由水平联梁间的砌体传给水平联梁，再由水平联梁传给柱；②水平联梁间砌体可取单位宽度竖向条带，并应按简支梁计算内力；③砌体可按受弯构件进行计算；④水平联梁宜按结构布置情况取计算简图，梁的跨度可取相邻柱轴线间距，梁上水平荷载为砌体简支梁的支座反力。”将平方仓檐墙计算做成Excel表格，其计算结果详表1～表3。根据计算结果，墙体采用490厚烧结普通砖，砂浆强度取M10满足设计要求。山墙柱间距为4.8m，山墙墙体采用490厚烧结普通砖，砂浆强度取M10；敖间墙柱间距为2.4m，敖间墙体采用620厚烧结普通砖，砂浆强度取M10，堆梁线以下墙体于 标 高 0.000、1.100、2.300、3.800、5.600、8.000处设圈梁。计算结果不再赘述，均满足设计要求。

4 框排架及屋盖设计

排架柱根据屋盖形式不同，其计算方式也不同，屋架形式可采取多种方式，以前使用较多的有双T板、预应力折线型屋架、拱板屋架等，上述屋架形式一般将屋架作为门架柱的铰接支撑点，然后按门架建模进行计算，完成门架柱设计。随着粮食储存对保温隔热等工艺越来越严格的要求，屋盖形式也呈现了许多新的形式，例如双层屋盖形式，即采用现浇框排架加预制屋面板或现浇屋面板，在中间设现浇夹层。本工程建设方要求做双层屋盖，在总结以前经验的基础上，我们认为既然夹层可以做现浇，屋面也可以做现浇屋面，保温防水隔热效果更好，而且从理论计算到实际施工上都没有问题。本工程采用三维建模计算梁板配筋，采用PKPM中PK模块来计算排架梁柱配筋，计算时考虑空仓、满仓及单侧堆粮时与其他各种荷载的不利组合计算，满仓时PK计算模型详图3，建模时应该注意“柱的计算高度应从基础顶面算起”。粮食荷载详图4，建模时注意粮食荷载分项系数与其他活荷载不同，具体应根据《粮食平方仓设计规范》（GB 50320-2014）的相关规定进行。计算结果设计弯矩包络图详图5，其余计算结果不再赘述，根据计算结果我们可以得到柱底设计弯矩3984.7kN·m,柱底设计剪力1082.0kN，柱底荷设计轴力1777kN。门架配筋包络图详图6，门架最不利组合柱单侧抗拉配筋面积为8386mm2。经过设计与计算，梁柱截面尺寸与配筋满足设计要求。

檐墙粮食荷载计算 表1

檐墙墙体抗剪计算 表2

檐墙墙体抗弯计算 表3

图3 框架PK模型图

图4 粮食荷载图

图5 框架设计弯矩包络图

图6 框架配筋包络图

5 基础设计

图7 偏心基础J-1大样

6 设计成果

该粮库平方仓在进行了各个构件的计算和设计后，完成了该粮库平方仓的初步设计，堆梁线下墙柱平面图详图8，门架柱及山墙柱尺寸均为500x1200，檐墙、山墙墙体均采用490厚烧结普通砖，砂浆强度取M10，山墙柱间距按4.8m，排架柱间距6.0m；敖间墙柱间距按2.4m，敖间墙体采用620厚烧结普通砖，砂浆强度取M10。堆梁线以下墙体于标高0.000、1.100、2.300、3.800、5.600、8.000处设圈梁。屋盖平面图详图9，排架主梁尺寸为450x1200，纵向山墙柱之间框梁尺寸为300x500，次梁尺寸250x500。山墙墙柱立面图详图10，山墙柱尺寸500x1200，间距4.8m。墙体门洞两端设门柱，门顶设圈梁。设计达到了建设方要求，满足规范要求。

图8 堆梁线下墙柱平面图

图9 屋面结构平面图

图10 山墙墙柱立面图

7 结束语

粮食平方仓结构设计有其专业性和特殊性，国家颁布的《粮食平方仓设计规范》（GB 50320-2014）能够很好地指导设计人员进行相关专业设计，但其中有些细节设计人员在初次设计过程中不一定注意得到，这样就会导致结构设计有安全风险或者不合理。本文对某粮库平方仓结构设计过程以及内容进行了详细介绍与分析，对各个结构构件的设计中需要注意的细节也进行了提醒和叙述，其中门架柱计算高度以及粮食荷载分项系数会影响到后面计算结果，应特别注意。总之对该类项目新设计人员有一定的借鉴意义。

本工程项目粮食平方仓跨度24m，堆梁线平推高度8m，设计难度较大，屋盖设计过程中，在总结前人经验的基础上，提出了双层现浇屋盖的设计理念，具有一定的创新性，给解决粮食储存相关工艺环境要求提供了新的解决办法。