矿山钢筋混凝土矿仓结构设计初探

2014-03-22李鑫明

河南建材 2014年6期

关键词：筒壁仓壁环梁

李鑫明

厦门紫金工程设计有限公司（361000）

矿山钢筋混凝土矿仓结构设计初探

李鑫明

厦门紫金工程设计有限公司（361000）

特种结构是指除普通的工业与民用建筑结构、交通土建工程、矿山、码头和水利水电工程结构研究对象以外的，在土木工程中有广泛用途的、功能比较特殊的，且结构的作用以及结构的形式比较复杂的工程结构[1]。这里结合某矿区工程案例，简述了矿仓设计中牵扯到的一些问题，希望能给类似的设计提供参考。

矿仓；结构选型；钢筋混凝土

1 工程概况

矿仓是冶金工业中必不可少的一种短期贮存生产散料的构筑物。筛分车间的矿料通过胶带廊运送至矿仓的仓顶进料口,短时贮存后经过仓底卸料，再由胶带廊运至磨选车间进行加工。本工程位于我国某矿山，矿仓内径12 m，地面标高3.5 m，仓底标高8.5 m，仓顶标高24.5 m。仓顶有高度6.7 m的圆形建筑。贮料为金矿石散料，松散密度1.65 t/m3，矿石粒度12 mm。该区地震烈度9度，场地类别按二类考虑[2]。矿仓剖面如图1所示。

图1 矿仓剖面

2 结构选型

筒仓结构包含基础、仓下支承、漏斗、仓壁、仓顶和仓上建筑等组成。

2.1 基础

本工程地基持力层位于碎石土层，根据荷载情况及上部结构综合分析确定采用筏板基础。在水平地震力作用下,筏板基础与地基能较好地协同工作，改善整个体系的受力特性。

2.2 仓下支承

筒仓仓下支承通常有:柱支承、筒壁支承、筒壁与内柱共同支承等形式。圆筒型筒仓重心较高，且贮料较重。震害研究表明:9度区，22%的柱承式筒仓倒塌，这是因为柱头部位刚度发生突变，应力集中所致，在9度区一般不选用柱承式筒仓。在矿仓的筒壁上设置胶带廊通过的洞口，宽度3 m，在洞口两侧设置扶壁柱以增加筒壁的支承刚度，所以本矿仓采用筒壁加壁柱支承形式。设计矿仓时要考虑水平和竖向地震作用。作为仓下支承的筒壁需要承受较大的轴向力、剪力和弯矩，且受力较为复杂。筒壁要配置双层钢筋。竖向和环向钢筋的总配筋率均不宜小于0.4%，内外层钢筋设置拉筋，间距不宜大于500 mm。根据《钢筋混凝土筒仓规范》，直径小于等于15 m的筒仓，仓壁壁厚t=Dn/100+100。矿仓内径Dn=12 000 mm，t=12 000/100+100=220>200 mm。根据裂缝演算，最终确定仓壁厚度400 mm。在筒壁与基础或仓壁（环梁）连接处的筒壁外侧增加附加钢筋，如图2所示。

图2 9度区附加钢筋

筒壁上设有门及窗，门洞及窗洞宽度均应大于1 m。洞口短边大于1 m处，除应计算洞口边缘的应力外，还需演算洞口角点的集中应力。洞口集中应力可采用洞口边缘应力的3～4倍。洞口四周应设置加强暗柱，暗柱每边的配筋量不小于洞口切断钢筋面积的60%[3]。

2.3 仓壁

仓壁计算时，贮料荷载是主要荷载，圆形筒仓的仓壁为圆柱薄壳，仓壁内力可按照无弯矩理论的薄膜内力计算。贮料荷载产生的水平压力由水平钢筋承担,竖向荷载产生的径向力由竖向钢筋承担。考虑边缘效应的影响，在仓壁顶端和底端设置环梁，环梁宽度不小于250 mm。为方便仓顶钢结构柱脚设置，取环梁宽度600 mm,环梁高度取0.1仓内径，为1 200 mm。

2.4 仓底和仓顶

该矿仓仓底设置6个卸料口，仓底井字梁填料漏斗由井字梁板和环梁构成,其荷载传递比较合理，且方便施工。仓顶设有进料口，亦采用井字梁仓顶。

2.5 仓上建筑

震害研究表明,钢结构的仓上建筑震害最轻，抗震性能好，即使9度区，钢结构仓上建筑也很少发生严重的破坏。矿仓所在地区按照9度区考虑，仓上建筑采用钢柱、钢屋架和轻质围护墙的钢结构。根据工艺空间要求，采用圆形仓上建筑。