蔡繼慶

天津礦山工程有限公司

礦山鋼筋混凝土礦倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

蔡繼慶

天津礦山工程有限公司

筒倉是用來貯存散體物料的一種理想的常用倉型，它占地面積小，倉容量大，便于機(jī)械化作業(yè)，在滿足工藝要求的前提下，設(shè)計(jì)出安全經(jīng)濟(jì)合理的鋼筋混凝土礦倉是設(shè)計(jì)師追求的目標(biāo)。礦倉的受力十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮工藝設(shè)備條件的影響，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。基于此本文分析了礦山鋼筋混凝土礦倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

礦山；鋼筋混凝土；礦倉；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 、概述

就目前的情況來看，筒倉結(jié)構(gòu)的投資在整個(gè)礦業(yè)地面建筑中所占比重業(yè)相對(duì)較大。因此，筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性顯得尤為重要。作為工程設(shè)計(jì)人員更應(yīng)該具備一定的手算能力，從而提高設(shè)計(jì)水平。

2 、工程概況

礦倉是冶金工業(yè)中必不可少的一種短期貯存生產(chǎn)散料的構(gòu)筑物。篩分車間的礦料通過膠帶廊運(yùn)送至礦倉的倉頂進(jìn)料口，短時(shí)貯存后經(jīng)過倉底卸料，再由膠帶廊運(yùn)至磨選車間進(jìn)行加工。本工程位于我國某礦山，礦倉內(nèi)徑12m，地面標(biāo)高3.5m，倉底標(biāo)高8.5m，倉頂標(biāo)高24.5m。倉頂有高度6.7m的圓形建筑。貯料為金礦石散料，松散密度1.65t/m3，礦石粒度12mm。該區(qū)地震烈度9度，場(chǎng)地類別按二類考慮。礦倉剖面如圖1所示。

圖1 礦倉剖面

3 、礦山鋼筋混凝土礦倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)選型。

3.1.1 基礎(chǔ)。本工程地基持力層位于碎石土層，根據(jù)荷載情況及上部結(jié)構(gòu)綜合分析確定采用筏板基礎(chǔ)。在水平地震力作用下，筏板基礎(chǔ)與地基能較好地協(xié)同工作，改善整個(gè)體系的受力特性。

3.1.2 倉下。支承筒倉倉下支承通常有：柱支承、筒壁支承、筒壁與內(nèi)柱共同支承等形式。圓筒型筒倉重心較高，且貯料較重。震害研究表明：9度區(qū)，22%的柱承式筒倉倒塌，這是因?yàn)橹^部位剛度發(fā)生突變，應(yīng)力集中所致，在9度區(qū)一般不選用柱承式筒倉。在礦倉的筒壁上設(shè)置膠帶廊通過的洞口，寬度3m，在洞口兩側(cè)設(shè)置扶壁柱以增加筒壁的支承剛度，所以本礦倉采用筒壁加壁柱支承形式。設(shè)計(jì)礦倉時(shí)要考慮水平和豎向地震作用。作為倉下支承的筒壁需要承受較大的軸向力、剪力和彎矩，且受力較為復(fù)雜。筒壁要配置雙層鋼筋。豎向和環(huán)向鋼筋的總配筋率均不宜小于0.4%，內(nèi)外層鋼筋設(shè)置拉筋，間距不宜大于500mm。根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉規(guī)范》，直徑小于等于15m的筒倉，倉壁壁厚t=Dn/100+100。礦倉內(nèi)徑Dn=12000mm，t=12000/100+100=220＞200mm。根據(jù)裂縫演算，最終確定倉壁厚度400mm。

筒壁上設(shè)有門及窗，門洞及窗洞寬度均應(yīng)大于1m。洞口短邊大于1m處，除應(yīng)計(jì)算洞口邊緣的應(yīng)力外，還需演算洞口角點(diǎn)的集中應(yīng)力。洞口集中應(yīng)力可采用洞口邊緣應(yīng)力的3～4倍。

3.1.3 倉壁。直接承受貯料水平壓力的豎壁。

3.1.4 倉底。直接承受貯料的垂直壓力。應(yīng)綜合考慮：(1)卸料暢通;(2)荷載傳遞明確，結(jié)構(gòu)受力合理;(3)造型簡(jiǎn)單，施工方便;(4)填料較少。倉底形式最常用有整體連接型式和非整體連接型式。整體連接。倉底與倉壁整體澆筑，整體性較好，但不利于滑模施工，計(jì)算較復(fù)雜。非整體連接——倉底與倉壁分開布置，倉底通過邊梁(或環(huán)梁)支承于筒壁壁柱上，也可與倉壁完全脫開，簡(jiǎn)化了計(jì)算，便于滑模施工。

3.1.5 倉頂。鋼筋混凝土圓形筒倉的倉頂可采用梁板結(jié)構(gòu)，當(dāng)dn≥15m時(shí)可采用鋼筋混凝土正截錐殼、正截球殼等結(jié)構(gòu)形式。

3.1.6 倉上建筑物。倉頂以上建筑物，有單層或兩層以上的廠房，一般布置有送料設(shè)備以及除塵設(shè)備等。

3.2 荷載

筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮下列荷載。(1)永久荷載：結(jié)構(gòu)自重、其他構(gòu)件及固定設(shè)備施加在倉上的作用力、預(yù)應(yīng)力、土壓力、填料及環(huán)境溫度作用等。(2)可變荷載：平臺(tái)及樓面活荷載、貯料荷載、倉頂屋面活荷載、屋面風(fēng)雪荷載、可移動(dòng)設(shè)備荷載、固定設(shè)備中的活荷載及設(shè)備安裝荷載、積灰荷載、筒倉外部的堆料荷載以及管道輸送產(chǎn)生的正、負(fù)壓力等。(3)風(fēng)荷載：風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)，風(fēng)載體形系數(shù)，對(duì)圓形單倉的倉壁和筒壁采用0.6，對(duì)矩形倉和倉壁相連的群倉采用1.3。(4)地震荷載：地震水平力計(jì)算時(shí)，取貯料總重的80%作為貯料的有效重量，而重心仍取滿倉時(shí)的貯料總重的重心。

3.3 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

對(duì)鋼筋混凝土筒倉承載能力極限狀態(tài)計(jì)算應(yīng)采用荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計(jì)值，其荷載分項(xiàng)系數(shù)(γg)按下列規(guī)定選用：結(jié)構(gòu)自重：1.2;貯料荷載：1.3;樓面及平臺(tái)活荷載：1.3(標(biāo)準(zhǔn)值＞4KN/m2);屋面活荷載：取1.4;雪荷載：1.4;風(fēng)荷載：1.4;地震作用：1.3。

3.4 變形驗(yàn)算與抗裂驗(yàn)算

對(duì)鋼筋混凝土筒倉正常使用極限狀態(tài)下的變形驗(yàn)算及抗裂驗(yàn)算，應(yīng)采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。應(yīng)按《筒規(guī)》和相關(guān)工藝要求的規(guī)定采用，各荷載均取荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。

總之，我們?cè)O(shè)計(jì)者在鋼筋混凝土筒倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在貫徹執(zhí)行國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策前提下，做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量是非常必要的。

[1]蘭常玉，張向東，薛鵬.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沖擊磨損問題試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，S2：165-167.

[2]白曉紅.鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)的平扭耦聯(lián)多維地震反應(yīng)分析[D].西安建筑科技大學(xué)，2008.

[3]李旭絨.礦山腐蝕環(huán)境中混凝土材料結(jié)構(gòu)性能劣化機(jī)理試驗(yàn)研究[D].北京科技大學(xué)，2016.

[4]蘭常玉，張向東，薛鵬.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沖擊磨損問題試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，S2：165-167.