裘骏凯，郑宏伟，方栩之

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

双T板屋面排架柱散装粮食平房仓结构设计的研究

裘骏凯，郑宏伟，方栩之

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

由于散装粮食荷载的特殊性，粮食平房仓上部结构及基础受到较大的水平力。以双T板屋面排架柱结构的粮食平房仓为例，介绍了上部结构及基础的设计特点，并分析了双T板粮食平房仓中屋面、墙体、水平联梁、排架柱、基础的设计疑难点，以使平房仓设计更为安全、经济与合理。

双T板；排架柱；粮食平房仓；结构设计

近几年以来，随着各地的储备粮食需求日益增长，我国各地区高堆粮大跨度的散装粮食平房仓都在加紧步伐的建设中，双T板屋盖结构的散装粮食平房仓因其具有自重轻，构件少，施工快等优点，在工程选用上选择较为广泛。对于散装粮食平房仓而言，由于外侧围护结构需要承受粮食堆积产生水平侧压力的特点，上部外侧维护结构的结构设计对散装粮食平房仓体系的安全可靠性显得十分重要，因此在结构设计时必须将各方面的设计要求考虑全面，充分考虑每个项目设计的特点，研究出适合每个工程合理且经济的设计方案。

1 双T板屋盖散装粮食平房仓的结构组成

双T板屋盖散装粮食平房仓结构主要由基础、排架柱、圈梁、墙体及双T板屋盖五大部分组成。

预应力双T板屋盖在实际使用中肋梁一般放置在散装粮食平房仓的两侧檐墙上，由于双T板跨度选择较多，适用于散装粮食平房仓结构体系装载粮食，可以减少建筑物的建筑高度，在建筑设计时可以灵活地调整建筑物柱网的布置，也可以根据实际需要有较多的选择。

散装粮食平房仓的围护墙体不仅要承受风荷载、地震作用，还要承受由粮食堆积所产生的水平力，因此为了满足散装粮食平房仓外部围护结构能承受粮食水平力的要求，上部墙身厚度的设计需要根据结构计算。在墙体设计中，因根据《粮食平房仓设计规范》(GB 50320—2014)第5.1.6条及6.2.5规定计算，根据不同的堆粮情况在墙体中设置圈梁，以满足设计要求。散装平房仓中的圈梁设置，可以承担墙体传来的粮食水平侧压力，再由圈梁传给相邻的混凝土排架柱；在檐墙顶部设置的柱顶连系梁承担由双T板屋盖传来的竖向荷载，将荷载传递给相邻柱顶，这样在受力上更为明确，使建筑物的整体稳定性得到显著的提高。散装粮食平房仓结构中的排架柱，一方面需要承担墙体的自重，另一方面需要承担上部双T板屋盖传来的活荷载与恒荷载，风荷载和地震作用，以及平房内粮食堆积产生的水平力。因此合理选择平房仓排架柱的截面尺寸，对现代化粮库的整体设计显得尤为重要。散装粮食平房仓基础的选择应根据具体设计条件进行分析，一般为柱下独立基础与桩基础。

双T板屋面散装粮库平房仓结构设计，应结合工程实际在建筑总体设计时选择何种材料，粮库的整体排布方式以及各建筑物各构件的定位选择上，应该满足后期正常使用要求，同时满足现有国家规范要求。在散装粮食平房仓结构设计时，应满足规范要求，分别进行正常使用极限状态与承载力极限状态下的结构计算。

2 双T板屋盖散装粮食平房仓屋盖设计

双T板屋面散装粮库平房仓中屋盖的合理选择十分重要，在进行结构设计时应根据建筑设计的屋面荷载进行计算，满足双T板的承载力要求按照国家标准图集选取双T板型号，随着现在节能减排的推行，大多数新建粮库都会涉及到太阳能电池板，结构设计人员在设计时应该考虑到屋面板的附加太阳能电池板的荷载，当计算荷载超过国际标准图集的选取范围时应当自行设计预应力双T板。另外在实际设计时，平房仓廒间墙之间的距离不一定能满足双T板的标准尺寸，遇到此类情况时通常有以下两种设计方式；当双T板布置到离山墙或者廒间墙距离较小时，通常将相邻标高的圈梁一侧设计为挑板来和双T板连接；当双T板布置到离山墙或者廒间墙距离较大时，通常布置时将最后一块双T板在尺寸上进行裁剪处理，需要在实际施工中向双T板厂家定做。在双T板屋面设计时应通常间隔设置混凝土刚性层两端与山墙连接，以增加屋面整体稳定性。

根据地区地震烈度不同，在双T板与两端檐墙连接方式上也有所不同，根据国家规范与标准图集在6度，7度区域双T板与两端檐墙顶部圈梁连接时可采用预埋件焊接连接；在超过7度区域时应根据烈度的不同及双T板的不同跨度，双T板与两端檐墙顶部圈梁采用两端螺栓连接或是一端螺栓连接一端采用预埋件焊接，结构设计人员应根据具体情况具体分析。

3 双T板屋盖散装粮食平房仓墙体与水平联梁设计

散装粮食平房仓墙体厚度的设计选择，需要依据仓内堆粮产生的水平侧压力的大小来具体设计。在设计平房仓墙体应结合项目情况进行分析及计算，当外围受力墙体为砖砌体且由砌体间水平联梁与钢筋混凝土排架柱柱承重时，根据《GB 50320—2014》粮食平房仓设计规范第6.2.5条可以按下列规定进行结构计算：粮食堆积产生的水平侧压力先通过水平联梁间的砖砌体传给水平联梁，再通过水平联梁传给相邻的排架柱；根据平房仓规范水平联梁之间的砖砌体应取单位宽度竖向条带，并应按简支梁计算模型计算内力，简支梁最大弯矩和支座反力标准值按规范进行计算。墙体还承受粮食对墙面的摩擦力以及墙体自重，所以墙体应属于压弯构件。但由于摩擦力对砖砌体截面形心产生的偏心矩通常比较小，另外摩擦力对墙身受力是有利的，故在计算中可按照纯弯构件进行设计，计算结果偏于安全些。若墙体厚度设计选取不正确，会导致在后期使用过程中墙体产生裂缝，一方面不能保证结构的使用功能，另一方面也不能保证结构的安全。平房仓墙体的设计主要包括以下3点：墙体的布置、墙体构造及计算。所以墙体的构造与墙体布置是墙身设计中十分重要的组成部分。墙体布置地合理性影响到建筑物结构空间的合理性，通常建筑设计时平房仓外墙会有空调板和入仓检修平台板等辅助构件，结构设计时应考虑到水平连梁的布置合理性，尽量使水平连梁在同一标高内不断开，这也能够进一步增加建筑物的整体稳定性。

在进行散装粮食平房仓墙体设计过程中，墙体之间的水平联梁间距越大，墙体受到的弯矩越大，相应墙体的厚度也要相应增大；墙体之间的水平联梁间距越小，墙体受到的弯矩越小，在具体设计时应根据地区情况不同采用不同材料的砖砌体，在墙体承载力符合要求的前提下应尽量减少水平联梁的设置，这样能减少建筑物整体的造价。

4 双T板屋盖散装粮食平房仓排架柱设计

散装粮食平房仓排架柱一般设计成等截面的矩形钢筋混凝土柱，来承担上部双T板屋盖结构传来的竖向荷载，同时还需承担平房仓仓内堆放的粮食所产生的水平力、风荷载与地震力等。通过计算所有承担的荷载来确定排架柱截面的尺寸大小，由于平房仓的排架柱承担的粮食水平侧压力非常大，因此排架柱截面高度尺寸通常很大，前期在柱网布置设计时，通常对截面尺寸较大的排架柱选择向外偏，使平房仓内表面与墙体齐平，方便在以后粮食的倒仓过程中，避免出现平房仓内柱突出部分带来的麻烦。排架柱在布置柱网时不仅要符合我国规范的规定，同时要满足后期粮库生产工艺流程方面的需求。

在排架柱设计时应注意以下几点：当采用桩基础时若底部承担上部所有墙体重量的框架梁锚入承台内，则在计算排架柱时应去掉墙体所产生的竖向轴力，此时排架柱由于轴力减小偏心距变大计算配筋会增大，在檐墙排架柱设计过程中我们可通过采用柱内外侧非对称配筋来减少用钢量，以达到降低造价的目的；在计算山墙柱时应建立合理的计算模型，由于山墙柱不承受上部双T板屋盖传来的竖向荷载，故在计算山墙柱配筋时轴力往往比檐墙柱小很多，此时柱截面会比檐墙柱大许多，设计时可通过调节山墙柱之间的间距来合理调整山墙柱的柱截面尺寸。

5 双T板屋盖散装粮食平房仓基础设计

在实际工程实例中大部分散装粮食平房仓的基础采用柱下独立基础或者桩基础。由于粮食荷载产生的水平侧压力相当大，在设计柱下独立基础中一般都将独立基础设计为偏心基础，这样可以有效地减小独立基础的底面积，从而减少工程造价。在基础设计时，通过上部结构计算得到排架柱柱底内力值，在计算独立基础的过程中，很多附加因素也需要考虑在内，其中包括独立基础的埋置深度，持力层地基的承载力，冻土深度，粮食堆积自重产生的有利竖向恒载，独立基础形心到柱中心的距离(偏心距离)，粮食对内墙体的竖向摩擦力等。结合以上的各种设计条件，对排架柱柱底内力进行最不利组合，得到最不利内力组合后再进行基础地基承载力计算。

当土质承载力较低，独立基础不能满足设计要求时，一般采用柱下桩基础。由于粮食水平力的特殊性，粮食平房仓在设计桩基础时，与一般的桩基础设计不全然相同。当设计桩可承受抗拔力，在基础设计时可设计为非偏心基础，这种情况需要复核在粮食堆积产生的侧压力作用下，仓内侧桩是否出现拔力，如果内侧桩出现拔力，则需验算单桩抗拔力是否超过桩最大抗拔力。若桩设计时不允许桩出现抗拔力，可以参考天然基础的设计方法，在基础设计时设计为偏心基础，通过传递到基础承台上的粮食恒载和偏心荷载来减小粮食水平侧压力产生的负弯矩，使仓内侧桩不出现拔力。另外对于有中间隔墙或廒间墙的平房仓，不但需要计算两侧堆粮情况下的桩基础设计，而且还需要考虑空仓情况下和单侧堆粮的桩基础设计。由于仓内堆积粮食产生的水平荷载较大，在设计桩基础时还需要验算桩基的水平位移和水平承载力。在水平荷载的作用下，通常可考虑土、群桩、桩基承台共同作用。

另外，对于散装粮食平房仓而言，仓内地坪大面积长时间的粮食堆载导致的地面沉降，从而对桩产生负摩阻力，可能导致柱基向内倾斜，在结构设计时应考虑由此对仓房结构产生的不利影响。一般在基础设计时，需要计算由于地坪沉降导致的负摩阻力，依据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中第5.4.2条，当桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载(包括填土)时，计算桩基承载力时应计入负摩阻力，应根据本规范第5.4.3条、第5.4.4条在基础设计时计算负摩阻力与其下拉荷载对桩基承载力的影响。

在平房仓独立基础设计中，根据《粮食平房仓设计规范》(GB 50320—2014)第6.2.10条中规定: “浅基础设计应进行基础抗滑移验算”。一般粮食平房仓基础埋深较浅，由于独立基础承受的粮食水平荷载较大，竖向荷载比较小，独立基础的抗滑移应按规范中的公式进行以下计算：

H≤(N+G)u/r

(1)

式中：H为上部结构传至基础底面水平力设计值，kN；N为上部结构传至基础的竖向力设计值，kN；G为基础自重设计值及其上的土标准值，kN；u为基础底面对地基的摩擦系数；r为基础抗滑移稳定系数，可取r=1.3。

随着近几年堆粮高度的不断增高，基础抗滑移验算成为难点，在实际工程设计中若基础埋深、上部竖向荷载无法改变时可通过以下几点来尝试增加基础抗滑移能力，增加基础底面对地基的摩擦系数即对持力层土质进行局部处理以增加摩擦系数；在设计独立基础时可以考虑基础底面倾斜，使局部水平力转换为竖向压力。

6 结语

由于双T板屋面散装粮食平房仓在受力上，使用功能上与其他的厂房相比具有其特殊性，因此在平房仓建筑结构设计中，要充分考虑到每个工程实例的地区特点，提供合理的设计方案，才能全面的设计出更合理、经济、安全的散装粮食平房仓。

Research on structure design of double T plate roof bent column bulk grain granary

Qiu Junkai, Zheng Hongwei, Fang Xuzhi

Wuxi COFCO Engineering & Technology Co., Ltd. (Wuxi 214035)

Because of the particularity of bulk grain loading, the grain storehouse superstructure and foundation are under large horizontal force. Taking grain storehouse bent column structure with double T roof as an example, the design characteristics of superstructure and foundation were introduced, and the roof, double T plate grain warehouse wall, horizontal connecting beam tressel, design and difficult point basis were analyzed, in order to make the warehouse design more secure, economical and reasonable.

double T plate; bent column; grain silo; structure design

2017-05-16

裘骏凯，男，1990年出生，助理工程师，主要从事结构设计工作。

TU318

B

1672-5026(2017)03-041-04