李圣連

（中藍(lán)連海設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 連云港 222004）

1 工程概況

某混凝土圓形筒倉(cāng)的總高度為 50 m，內(nèi)徑為 18 m，筒壁厚為 700 mm，倉(cāng)壁厚為 350mm，其中下部支撐結(jié)構(gòu)(筒壁) 高為 10 m。近幾日，該筒倉(cāng)倉(cāng)壁于出現(xiàn)了鼓包、礦粉泄露的問(wèn)題，隨后倉(cāng)壁倒塌。相關(guān)工作人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，得出結(jié)論：該工程存在較為嚴(yán)重的施工質(zhì)量問(wèn)題，這是導(dǎo)致倉(cāng)壁倒塌的主要原因，其中質(zhì)量問(wèn)題主要指的是混凝土強(qiáng)度等級(jí)、搭接長(zhǎng)度、環(huán)向鋼筋間距以及混凝土保護(hù)層厚度等方面，因其要求無(wú)法滿足施工圖規(guī)范。

2 筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性

由于局部的施工質(zhì)量問(wèn)題最終引發(fā)了筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)倒塌的問(wèn)題，實(shí)際工作過(guò)程中，筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)撞擊、爆炸以及火災(zāi)的概率約為 10-8～ 10-4；然而當(dāng)前我國(guó)建筑市場(chǎng)環(huán)境并不樂(lè)觀，施工不當(dāng)?shù)膯?wèn)題屢屢出現(xiàn)，事故概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了火災(zāi)、爆炸、撞擊發(fā)生的概率。像環(huán)向鋼筋間距和搭接長(zhǎng)度不滿足規(guī)范要求便是施工不當(dāng)?shù)牡湫蛦?wèn)題，一旦筒倉(cāng)的唯一受力部件損傷，就會(huì)造成連續(xù)倒塌的后果。另外，在局部損傷的作用下，筒倉(cāng)原來(lái)唯一的受力模式和傳力路徑也會(huì)受到影響，結(jié)構(gòu)倒塌問(wèn)題代表筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性較差。

相關(guān)學(xué)者認(rèn)為可以從以下幾方面來(lái)防止連續(xù)倒塌問(wèn)題：采取措施來(lái)阻止偶然事件的發(fā)生；對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的偶然事件，要盡可能的避免局部損傷的出現(xiàn)；如果已經(jīng)出現(xiàn)了局部損傷，需要防止損傷的擴(kuò)大，通過(guò)提高關(guān)鍵構(gòu)件承載力和延性、設(shè)置多個(gè)有效的備選傳力路徑和增加贅余構(gòu)件等措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性，同時(shí)改變結(jié)構(gòu)的傳力路徑，保證結(jié)構(gòu)的平衡性。

從另一個(gè)角度看，事故發(fā)生帶有不可預(yù)測(cè)性，鑒于這種特性，為了避免倒塌后所造成的嚴(yán)重?fù)p失嚴(yán)重和影響，工程技術(shù)人員可以從以下幾點(diǎn)著手：其一，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合考慮環(huán)向膜力、剪力、彎矩和扭矩，結(jié)合實(shí)際情況增加安全儲(chǔ)備，用以增強(qiáng)倉(cāng)壁抗彎、抗扭承載力以及筒倉(cāng)底部面外受彎承載力；其二，在施工過(guò)程中，工作人員要切實(shí)做好施工管理與監(jiān)督工作，并將重點(diǎn)放在混凝土澆筑、環(huán)向鋼筋間距和環(huán)向鋼筋搭接長(zhǎng)度等關(guān)鍵方面；其三，為了減少偶然作用下的局部損傷，工作人員可以選擇在筒倉(cāng)的局部損傷區(qū)域圍箍鋼板或者預(yù)應(yīng)力碳纖維板，以此來(lái)增強(qiáng)局部的抗壓力，盡可能的避免整體結(jié)構(gòu)倒塌。

3 圓形筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

3.1 筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的選擇

筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的選擇與筒倉(cāng)的容量、截面形狀等因素有關(guān)。筒倉(cāng)的容量大，筒壁承受的荷載也大，二者成線性關(guān)系。但當(dāng)倉(cāng)容相同時(shí)，筒倉(cāng)的截面形狀又對(duì)筒壁的應(yīng)力大小起著重要影響，因此，選擇筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)時(shí)，還應(yīng)考慮容量與截面形狀?；鹆Πl(fā)電廠輸煤筒倉(cāng)通常為高架式貯倉(cāng)其倉(cāng)體結(jié)構(gòu)常為圓形、半地下式貯倉(cāng)。一般采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建在地震區(qū)的高架式貯礦倉(cāng)應(yīng)優(yōu)先采用倉(cāng)壁落地支承或倉(cāng)壁與內(nèi)柱共同支承的結(jié)構(gòu)形式。各工程在確定筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)視使用要求、地區(qū)條件、總圖布置、投資費(fèi)用、貯量及貯料性質(zhì)等因素，綜合而定。根據(jù)物料對(duì)壁作用力的不同，筒倉(cāng)可分淺倉(cāng)和深倉(cāng)二大類(lèi)。貯料計(jì)算高度與圓形倉(cāng)內(nèi)徑或矩形倉(cāng)短邊之比不小于1.5 的貯礦倉(cāng)為深倉(cāng)，小于1.5 時(shí)稱(chēng)淺倉(cāng)。由于貯料與倉(cāng)壁之間的摩擦作用會(huì)減小貯料倉(cāng)壁及倉(cāng)底的壓力，因此在計(jì)算貯料對(duì)倉(cāng)壁的壓力時(shí)，應(yīng)按深倉(cāng)或淺倉(cāng)分別計(jì)算。深倉(cāng)應(yīng)考慮上述摩擦作用，淺倉(cāng)則可忽略。但當(dāng)圓形貯礦倉(cāng)的深度不小于15 米，直徑不小于12 米時(shí)，應(yīng)同時(shí)按淺倉(cāng)及深倉(cāng)計(jì)算，取兩者中的大值。計(jì)算中應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)自重、屋面及樓地面活荷載、設(shè)備荷載、貯料荷載和風(fēng)荷載等作用的不利組合。在地震區(qū)，尚應(yīng)考慮地震作用的影響。當(dāng)裝料設(shè)備容量較大，一次裝料容積占貯礦倉(cāng)總?cè)莘e的比例較大時(shí)，應(yīng)考慮貯料對(duì)倉(cāng)壁的沖擊作用。

3.2 倉(cāng)頂厚度優(yōu)化

倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)過(guò)厚不但造成材料浪費(fèi)，而且過(guò)大的倉(cāng)頂質(zhì)量會(huì)提高筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心，增大筒倉(cāng)剛度，提高筒倉(cāng)自振頻率，加劇水平地震作用下倉(cāng)頂位移，不利于筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的安全。為此對(duì)倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行優(yōu)化，由2.0 米減為0.8 米。并筒倉(cāng)倉(cāng)頂設(shè)計(jì)成倒錐殼結(jié)構(gòu)，采用 SILO 單獨(dú)計(jì)算倉(cāng)頂配筋，減小倉(cāng)壁計(jì)算高度，減小倉(cāng)壁配筋量及混凝土用量。

3.3 倉(cāng)體配筋優(yōu)化

筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載能力計(jì)算。當(dāng)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用要求控制筒倉(cāng)的整體變形。筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行抗裂、裂縫寬度及受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于圓形筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的特殊性，筆者通過(guò)調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)施工不當(dāng)是造成筒倉(cāng)連續(xù)倒塌的主要因素。為了使施工質(zhì)量滿足工程規(guī)范要求，相關(guān)人員在今后的工作過(guò)程中，還要加強(qiáng)對(duì)圓形筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的研究，力求增強(qiáng)其整體穩(wěn)固性，提高工程安全性。