周俊，丁可

（江蘇省建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引言

偏心卸料是普遍存在于筒倉(cāng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。由于工藝方面的實(shí)際需要，會(huì)將貯料筒倉(cāng)的卸料口設(shè)計(jì)成偏心卸料口。即卸料口中心線與筒倉(cāng)的中心線向某一方向偏移一段距離，以適應(yīng)生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)的需要。在有多個(gè)卸料口的筒倉(cāng)中，都會(huì)造成不對(duì)稱或偏心卸料。有的筒倉(cāng)為了不堵倉(cāng)，根據(jù)工藝的需要專門設(shè)計(jì)成有偏心卸料功能的倉(cāng)。偏心卸料時(shí)，倉(cāng)壁的水平壓力大于中心卸料時(shí)倉(cāng)壁的水平壓力，這對(duì)倉(cāng)壁是不利的。我國(guó)規(guī)范是采用偏心卸料壓力系數(shù)法來(lái)解決這一不利的影響因素。

1 用偏心卸料壓力系數(shù)法解決偏心卸料對(duì)倉(cāng)壁不利的影響

在偏心卸料時(shí)，儲(chǔ)料壓力對(duì)筒倉(cāng)的不利影響，實(shí)質(zhì)上仍屬于壓力不均勻分布的范疇，但是它比一般的儲(chǔ)料不均勻情況嚴(yán)重，會(huì)對(duì)倉(cāng)壁產(chǎn)生較大的附加側(cè)壓力，難以將此影響包括在綜合修正系數(shù)Ch內(nèi)。故根據(jù)鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50077-2003第4.2.2條規(guī)定，采用偏心卸料壓力系數(shù)法解決偏心卸料對(duì)倉(cāng)壁不利的影響。

偏心卸料作用于圓形倉(cāng)倉(cāng)壁上的水平壓力：

式中：Ph—中心卸料倉(cāng)壁單位面積的水平壓力；Ec—圓形倉(cāng)偏心卸料壓力系數(shù)。

偏心卸料側(cè)壓力修正系數(shù)可按以下方法計(jì)算：

式中：dn——圓形筒倉(cāng)內(nèi)徑；e——最大偏心卸料口與庫(kù)中心距離。

根據(jù)公式：

（1）系數(shù)Ec是沿倉(cāng)壁高度不變的，倉(cāng)壁的水平壓力增量ΔPh也是不變的；

（2）當(dāng)e=0時(shí)，為中心卸料，Ec最小，Ec=1；

（3）當(dāng)e=dn/2時(shí)，為庫(kù)側(cè)卸料，Ec最大，Ec= 1.5；

（4）當(dāng)倉(cāng)的直徑dn確定后，Ec隨e的增大而增大。Ec在1～1.5之間。

求出倉(cāng)壁上的水平壓力后，應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法，就可以求得作用在倉(cāng)壁截面上的水平拉力。

中心卸料時(shí)，倉(cāng)壁豎向截面單位高度的水平拉力設(shè)計(jì)值：

偏心卸料時(shí)，倉(cāng)壁豎向截面單位高度的水平拉力設(shè)計(jì)值：

計(jì)算出倉(cāng)壁的水平拉力后，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-1010，按承載力極限狀態(tài)下，軸心受拉構(gòu)件計(jì)算出倉(cāng)壁所需的水平鋼筋配筋量：

中心卸料時(shí)，倉(cāng)壁豎向截面單位高度配筋量：

式中：fy—鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

偏心卸料時(shí)，倉(cāng)壁豎向截面單位高度配筋量：

2 倉(cāng)壁在正常使用極限狀態(tài)下的驗(yàn)算

根據(jù)鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003規(guī)定，倉(cāng)壁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，受力鋼筋的保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30 mm。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，一般條件下，最大裂縫寬度[Wmax]的允許值為0.2 mm。

由于偏心卸料荷載為偶然荷載，在裂縫計(jì)算時(shí)，可不考慮偏心荷載的作用。在設(shè)計(jì)計(jì)算中取消偏心荷載后，保持配筋面積不變，發(fā)現(xiàn)各段倉(cāng)壁裂縫寬度為0.37～0.49 mm，比規(guī)范要求的最大裂縫寬度0.2 mm相差較遠(yuǎn)；為滿足規(guī)范的裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)，需要增加較多的水平鋼筋。特別需要指出的是，對(duì)于深倉(cāng)，規(guī)范未明確計(jì)算倉(cāng)壁裂縫寬度是否應(yīng)考慮水平壓力增大系數(shù)Ch。在一般設(shè)計(jì)中，均包含了水平壓力增大系數(shù)Ch，這是倉(cāng)壁的水平鋼筋數(shù)量最終由裂縫寬度控制的原因。

根據(jù)鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003規(guī)定，取倉(cāng)壁分段截面的寬度為Bo,高度為1 000 mm,可進(jìn)行倉(cāng)壁裂縫寬度的驗(yàn)算。

軸心受拉構(gòu)件鋼筋的應(yīng)力：

其中，Tk=T/1.3。

最大裂縫寬度：

通過(guò)解一元二次方程求得倉(cāng)壁各分段、各種規(guī)格鋼筋滿足裂縫寬度的配筋量As2。

3 倉(cāng)壁環(huán)筋的構(gòu)造要求

根據(jù)鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50077-2003規(guī)定，倉(cāng)壁環(huán)筋直徑應(yīng)控制在10～25 mm；且鋼筋間距應(yīng)控制在70～200 mm。倉(cāng)壁水平鋼筋總的最小配筋率為0.4%。倉(cāng)壁的最小配筋量為：

式中：Bo—倉(cāng)壁厚度。

4 工程實(shí)例

某圓形水泥貯倉(cāng)，直徑dn=12 m,貯料計(jì)算高度hn=24 m,倉(cāng)壁厚度Bo=250 mm,偏心卸料時(shí)e= 2.9 m。材料：混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，受力鋼筋采用HRB335。鋼筋保護(hù)層厚度Cs=30 mm。hn/dn= 2.0＞1.5，為深倉(cāng)。如圖1所示,確定倉(cāng)壁的水平鋼筋。

圖1 倉(cāng)壁水平鋼筋圖

中心卸料與偏心卸料按承載能力極限狀態(tài)倉(cāng)壁受力和配筋的計(jì)算與比較見(jiàn)表1。

偏心卸料時(shí)，按承載能力和正常使用極限狀態(tài)倉(cāng)壁配筋量的計(jì)算與比較見(jiàn)表2。

倉(cāng)壁的最小配筋量：

倉(cāng)壁各分段水平鋼筋最終的配筋量,取As= Max{As1’,As2,Asmin}最大值。

通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，偏心卸料倉(cāng)壁各分段水平鋼筋配筋量比中心卸料增大了約33%。進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，由于考慮了水平壓力增大系數(shù)Ch，計(jì)算表明基本上是控制裂縫寬度所需的配筋量最大。因此，一般深倉(cāng)倉(cāng)壁各分段水平鋼筋最終

的配筋量由控制裂縫寬度所需配筋量確定。

表1 中心卸料與偏心卸料按承載能力極限狀態(tài)倉(cāng)壁受力和配筋的計(jì)算與比較

表2 偏心卸料時(shí)，按承載能力和正常使用極限狀態(tài)倉(cāng)壁配筋量的計(jì)算與比較

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于偏心荷載引起的倉(cāng)壁應(yīng)力不利分布，應(yīng)給予高度重視，目前粗放型的增大系數(shù)只會(huì)增加鋼材的用量，增大工程造價(jià)，并非解決問(wèn)題的準(zhǔn)確辦法。在筒倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免小筒倉(cāng)采用過(guò)大直徑的鋼筋。應(yīng)要求工藝避免頻繁的偏心卸料，對(duì)不可避免的偏心卸料，需采用可靠的措施予以處理。盡量為用戶著想，節(jié)省工程投資。另外，不建議采用庫(kù)側(cè)卸料，如必須采用時(shí)，所用方案應(yīng)確保結(jié)構(gòu)的安全性并符合耐久性的要求。

[1]GB 50077-2003，鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].