粮库工作塔薄弱层的处理措施

2018-09-14康民启章长玖

现代食品 2018年14期

◎ 康民启，章长玖

（1.郑州中粮科研设计院有限公司，河南郑州 450053；2.河南豫美建设工程检测有限公司，河南郑州 450000）

在粮仓项目中，许多实现粮食自动化作业的工艺、机电设备都安装在工作塔内，使得工作塔成为整个粮库的运行中枢。另外，工作塔也是一个粮库中最高的构筑物。工作塔的安全性和可靠性对整个粮库的平稳运行至关重要。

由于工艺布置需要，工作塔平面尺寸较小，而高度却很高，外观呈塔状，高宽比常接近规范限值。工作塔的层高也都不相等，个别层高大于相邻楼层高度40%多，这样就在这一层形成了结构薄弱层。薄弱层的出现，将导致本层的刚度比值、位移角、受剪承载力比值等指标超出规范限值。如何调整这些指标，成为结构建模计算的关键。笔者根据多年的工作经验，总结了以下几个措施，与各位读者一起学习、探讨。

1 减弱上层结构的刚度

JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中对刚度比值、受剪承载力比值的规定都是指薄弱层与相邻上一层或相邻上部3层的比值，所以想方设法减弱相邻上一层或相邻上部3层的刚度可以有效地缩小比值[1]。随着房屋高度的增加，荷载越小，框架柱的轴压比也越小，所以通过减小上部结构框架柱的刚度可以达到目的。根据框架柱的线刚度公式i=EI/L，减小弹性模量值E和惯性矩I可以降低框架柱的线刚度。

弹性模量E与混凝土的强度有关，混凝土强度等级越高其弹性模量越小。根据GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》统计的弹性模量与混凝土强度关系曲线如图1所示[2]，图中纵坐标表示弹性模量（x104N/mm2）。混凝土的强度等级每降低一级，弹性模量减小约3%～6%。但是，在实际应用时，混凝土强度等级减小幅度不宜大于1级，全楼减小次数不宜大于2次。

图1 弹性模量与混凝土强度关系曲线图

框架柱的惯性矩I与其界面尺寸有关，根据惯性矩计算公式I=(bh3)/12，通过减小框架柱的截面尺寸，可以大幅度地降低框架柱的线刚度。规范没有对缩小框架柱尺寸有明确规定，实际应用时一般单侧收缩不大于100 mm，双向都收缩每侧50 mm。

减小混凝土强度等级和缩小框架柱截面尺寸两种方法不应在同一层使用，避免结构侧向刚度突变。规范对此也有相应的规定，如GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》第3.4.2条：抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变[3]。JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.1条：结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化[1]。

2 增加薄弱层的结构刚度

受第一种方法的启发，加大薄弱层的强度等级和框架柱截面尺寸也能够达到第一种方法的效果。根据框架柱的线刚度公式，减小框架柱的计算长度，同样可以增大框架柱的线刚度。工作塔薄弱层的原因通常是层高过高造成的（高度一般大于6 m），填充墙按照构造要求需要在中间设置圈梁。若把圈梁换成层间梁，其刚度大大加强，可以对框架柱形成约束；单个框架柱的刚度将增大一倍，对整个薄弱层的刚度提高大有裨益。需要注意的是，在结构建模时层间梁应（通过调整梁顶标高的方式）输入在薄弱层内，不能将层间梁单独设置为一个标准层。另外，层间梁应按照实际情况输入梁上荷载。这样的结构模型才和实际情况相符，结构计算的指标才贴近实际[4]。

3 采用框架-剪力墙结构

框架和剪力墙这两类抗侧力单元在水平荷载作用下的受力和变性特点各异。剪力墙以弯曲型变形为主，随楼层的增加，总侧移和层间侧移增长加快。框架以剪切型变形为主，随着楼层增加，总侧移与层间侧移增加减慢。在同一结构中，通过楼板把两者连在一起，楼板在其自身平面内刚度很大（计算时假定为无限刚性），它迫使框架和剪力墙在各层楼板标高处共同变形，以满足建筑物的抗侧要求。框架-剪力墙变形曲线图如图2所示。从图中可以看出，框架-剪力墙结构的变形曲线呈反S形的弯剪型变形曲线。在框架中局部增加剪力墙可以在对建筑物的使用功能影响不大的情况下，使结构的抗侧刚度和承载力都明显提高，所以这种结构体系兼有框架和剪力墙结构的优点，是一种适用性很广的结构形式。

图2 框架-剪力墙变形曲线图

按照框架部分承受的地震倾覆力矩（Mc）与总地震倾覆力矩（M0）的比例，可将框架-剪力墙分成4种类型：Mc/M0≤10%，少框架的剪力墙体系；10%＜Mc/M0≤50%，典型的框架-剪力墙结构；50%＜Mc/M0≤80%，剪力墙偏少体系；Mc/M0＞80%，剪力墙极少体系。框架-剪力墙结构体系分类如图3所示。当只是为了增加框架结构的刚度、满足层间位移角限值的要求时，可采用剪力墙偏少体系和剪力墙极少体系[1]。