严昭君　马祥喜

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

肋式筒仓基础受力的有限元分析计算

严昭君马祥喜

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

介绍了工业建筑中筒仓基础设计过程中使用环肋式筒仓基础的力学分析计算，通过有限元计算分析对比，给出了计算分析上的可行性及经济性。

筒仓；筒仓基础；肋式筒仓基础；有限元计算；筒仓基础有限元分析

筒仓结构在工业生产中是一种常见的贮存结构，被用来存贮原材料、燃料、粮食、工业成品或半成品等。筒仓的结构形式有多种，一般是根据工艺流程、场地条件和施工情况等综合比较确定。筒仓的基础形式，则是根据地基条件、上部荷载和上部结构形式等多项情况综合考虑确定。目前，工程中使用较多的筒仓基础形式有：环形基础、筏板基础、箱型基础、桩式基础等。文章将结合工程实例，依据国家现行规范标准，通过分析比较来简要介绍肋式筒仓基础的受力分析及设计、使用的可行性。

1　工程概况

某水泥厂圆形水泥库，钢筋混凝土结构，库直径18m，高度55.0m，仓内储料为水泥。仓壁厚度350mm，12.470m以下筒壁厚度600mm，地面上筒壁上开洞4500mm×5000mm，供散装车辆通行使用。筒仓及基础混凝土强度等级为C40，受力钢筋采用HRB400级。

所在地区抗震设防烈度为8度（设计基本地震加速度为0.30g），设计地震分组为第一组，基本风压0.50kN/m2，地面粗糙度为B类。依据地勘报告及其他条件，基础埋深为-5.500m。地基承载力特征值为fak=600kPa。初步计算分析，该筒仓地基不需处理，可以直接使用天然地基。

2　工程设计概况

依据《钢筋混凝土筒仓设计规范》、《建筑地基基础设计规范》及《建筑抗震设计规范》等国家现行设计规范，该筒仓采用环形基础，以手算的方式进行计算。

根据计算，环形基础宽度9.80m，库内侧悬挑长度B1=5.65m，外侧悬挑长度B2=4.15m。基础厚度根部为H=3.00m，端部高度H1=1.5m。计算简图及设计结果如图1。

此筒仓基础形式简单，能满足受力要求。但是，因为受基础形式的影响，基础整体厚度偏大，混凝土及钢筋用量也大。设计时可以对基础形式加以改进。

图1　筒仓简图及设计结果

3　有限元分析对比

为了减少筒仓基础的钢筋混凝土用量，设计上在基础底面积不变的情况下，对环形基础的基础形式进行改进：沿圆周均匀设置18道径向的钢筋混凝土肋，肋厚度500mm，基础底板厚度减小为800 mm。肋式基础3D简图如图2。

图2　肋式基础3D图

以下将使用计算软件STAADprov8i进行筒仓整体有限元分析计算，根据筒仓的实际大小，将筒仓沿圆周环向划分为36格，竖向划分为高度约1m的板进行建模。分别按照环形基础和肋式基础建模，通过分析对比环形基础与肋式基础各部位的受力，研究肋式基础的可行性及经济性。

图3～图6是环形基础的应力图，图7～图10是肋式基础的应力图。

图3　环形基础板面最大应力云图

图4　环形基础板底最大应力云图

图5　环形基础板面最大应力云图

图6　环形基础板底最大应力云图

图7　肋式基础板面最大应力云图

图8　肋式基础板底最大应力云图

图9　肋式基础板面最大应力云图

图10　肋式基础板底最大应力云图

4　分析比较结果

通过上述模型的计算情况可知，两个模型上部结构相同、基础底面积相同，只有基础形式不同。环形基础根部厚度为3.0m，基础底板受力形式沿径向为纯悬挑板；肋式基础肋高4.0m，肋厚0.5m，此肋将下部0.8m厚的底板在库壁内外各分成18个区格，基础底板受力形式为三边固定一边自由的板，而且跨度较小。肋式基础设计结果如图11。

图11　肋式基础设计结果

从上述计算结果的应力图可知，肋式基础底板和肋板的应力均不大，无论在垂直荷载作用下，还是在地震荷载的偏心作用下，基础底板、肋板的应力均在合适的范围内。从混凝土用量分析，环形基础的混凝土用量为1260m3，此肋式基础的混凝土用量为565m3。肋式基础节约混凝土用量695m3（约55.2%），而此基础配筋率比环形基础增加不多，施工中避免了大体积混凝土浇筑产生的一些问题，施工亦无太大难度。从工厂造价来看，这样一个筒仓基础节约工程造价约80万元，当一条生产线中设计1个均化库，1个熟料库，3个或者6个水泥库时，这种基础的应用可以节约很多混凝土用量，工程经济效益明显。由此可见，此种形式基础是一种受力合理、经济适用的筒仓基础，可以在工程设计中根据情况加以使用推广。

［1］贮仓结构设计手册编写组编.贮仓结构设计手册［M］.中国建筑工业出版社，1999.

［2］GB50077-2003，钢筋混凝土筒仓设计规范［S］.