某选煤厂原煤落煤塔的结构设计

岳永兵（天地科技股份有限公司，北京 100013）

某选煤厂原煤落煤塔的结构设计

岳永兵
（天地科技股份有限公司，北京 100013）

通过工程实例，分析了钢筋混凝土圆形落煤塔在抗震区筒内满载，筒外一侧堆满煤，另一侧煤全部卸完的情况下，筒壁根部的结构设计计算，内力和配筋计算通过手算完成，最后用Sap2000建模分析与人工手算结果进行比较，发现二者非常接近，验证了工程计算理论的可靠性。

落煤塔，计算，结构设计，配筋

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.010

1 工程概况

内蒙古巴彦淖尔普盛选煤厂末煤储煤场储煤塔储量Q=23000t，煤筒内径6m，壁厚0.35m，根部为0.5m。筒体在地面以上高度34.8m，筒上部1层钢筋混凝土框架高度3.9m，筒体地面以下埋深6m，总高度42.2m；上部有一条钢桁架皮带栈桥支撑在筒体上。本工程场地比较平坦。根据岩土工程勘察报告，第1层粉为粉砂，由混有大量粉土局部植物根系及碎石等组成，厚度0.3～1.8m，承载力特征值Fak=140kPa；第2层为粗砂，该厚度层为0.8～4.6m，承载力特征值Fak=250kPa；第3层为粉砂,该层厚度为0.4～2.1m，承载力特征值Fak=180kPa；第4层为砾砂，承载力特征值为Fak=280kPa。本工程选用第4层（砾砂）做为基础持力层，工程基底标高为-4.500m。

2 荷载和内力计算及其组合

2.1 筒体恒载和活载

将筒体分段简化为多个质点。共分7个分别计算出每个质点的重量和总重量（包括筒自重、桶内煤重、上部框架重、钢桁架重和设备重）。

2.2 塔筒竖向荷载计算

筒沿竖向分成7段，各段竖向荷载计算如表1所示。

表1 塔筒竖向荷载

2.3 地震作用计算

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）采用底部剪力法计算，并利用瑞利法求出结构自振周期。先将质量水平作用于各质点，求出各质点的水平位移Δi，由各质点和水平位移求出自振周T1。由《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）查得αmax=0.08Tg=0.35，根据地震水平作用力求出根部弯矩MEK=26431.334kN·m[1]。

2.4 风荷载作用计算

风荷载标准值为0.5kN/m2，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）先计算筒体风振，再根据附录5计算筒的自振周期T，将筒体分为7段，求出各点集中风荷载标准值结果（见表2）。

表2 各点集中风荷载标准值

可求出风荷载引起的筒根部弯矩MEK=1886.33kN·m，由筒顶皮带栈桥从钢桁架传来的风荷载产生的根部弯矩M桥风=4931.64kN·m

2.5 煤侧压力计算

如图1所示，考虑到的最不利情况为筒一边煤全部卸完，另一边堆满煤，煤休止角＝38°。

图1 煤侧压力计算

可求出三角形BEC面积S=90.75m2，煤总重量Q=59.47× 6.7=3984.5kN，水平力Frup=1427kN，产生筒根部弯矩Mrup= 27655.26kN。

2.6 附加弯矩计算

根据公式计算塔筒自重作用下考虑综合影响后得附加弯矩ΔM=17669.9kN；塔楼集中荷载作用下的附加弯矩ΔMG＝691.88kN。地震作用下的附加弯矩ΔMG=19512.445KN，根据烈度考虑其增减[2]。

2.7 各种作用力最不利组合

根据公式组合设计值：

筒底弯矩M=1.2×(1750+27655.26+17669.9+691.88)+1.3× (26431.334+19512.445)+1.4×0.2×(1886.33+4931.64)= 128159.769kN·m；

筒底轴力N=1.2×(8260.71+8879.29)=22343.86kN；

筒底剪力 V=1.2×27+1.3×1095.96+1.4×0.2×(87.74+159.6) =1531.8kN。

3 结构设计

3.1 塔筒承载力极限状态计算

3.2 塔筒裂缝宽度计算

塔筒裂缝宽度采用标准组合值：

筒底弯矩MK=100528.789kN·m,NK=17140kN，经计算后裂缝最大宽度wmax＞0.2mm，不满足裂缝宽度要求，改内外侧配筋为25mm@150mm，经计算裂缝最小宽度wmin=0.19mm＜0.2mm。

3.3 地基基础计算

3.3.1 持力层地基承载力验算

作用于基础底面荷载,基础及以上土重G=120A（A为础底面积）,基础底基本组合轴力N=46813kN,基础底基本组合弯矩Mx=108750.6kN。持力层荷载设计值fα=610kPa,经过计算后基础底面压力pmax713.38kPa＜1.2×610kPa=732kPa；pmin= 56.7kPa＞0，故持力层承载力满足要求。圆形筏板基础尺寸的厚度取h=2000mm。

3.3.2 基地反力计算

设计组合值分别设定为：

M=128159.8kN·m,N=22343.86kN，V＝1531.8kN。基底反力按直线分布假定进行简化计算，可取基础外悬挑中点处的基地最大净反力ps[3]作为基底均布荷载，计算结果为ps＝438.9kPa。

3.3.3 冲切荷载计算

1）环壁外缘：FL1=psπ×[r12-(r2+h0)2]=438.9×3.14×[7.52-(3.8+1.94)2]=32114.4kN

2）环壁内缘：FL1=psπ×（r3-h0）2=438.9×3.14(6-1.94)2=22716.8kN

式中，基础底板半径r1=7.5m,筒壁外半径γ2=3.8m，筒壁内半径r3=6.0m，基础底版有效高度h0=1.94m。

3.3.4 底板冲切强度计算

式中，混凝土抗拉强度ft=1.43MPa;冲砌临截面积周长Sm=（St+Sb）/2,St为基础冲切破坏椎体最不利斜截面上周长，Sb为基础冲切破坏椎体最不利斜截面下周长。

抗冲切都满足要求。

基础底板弯矩及配筋计算，混凝土等级C30，钢筋为Ⅱ级钢筋，配筋形式为圆形基础底板环壁以内下部和上部均采用等面积正交方格网配筋。底板下部正交方两个方向弯矩M=2510.2kN·m，用正截面受弯承载力计算公式,按照弯矩结果进行配筋计算出As=4410mm2(实际配筋面积As=4462mm2)。

底板上部正交方两个方向弯矩M=－1851.88kN·m＜0,则上部钢筋按构造配置，取圆形基础底板环壁以外下部径向弯矩Mr=2390.31kN·m。

用正截面受弯承载力计算公式,按照弯矩结果进行配筋计算出As=4198mm2（实际配筋面积As=4462mm2)。圆形基础底板环壁以外下部径向弯矩Mθ＝2633.4kN·m，取1000mm板单位宽度，h0=1940mm。

用正截面受弯承载力计算公式按照弯矩结果进行配筋计算出As=4638mm2(实际配筋面积As=4909mm2)。

基础底板外悬挑上部的配筋要:基础挑板以上覆土自重q=20×10+4×20=280kPa。则悬挑根部弯矩：M上＝1916.6kN·m。

用正截面受弯承载力计算公式按照弯矩结果进行配筋计算出As=3343mm2(实际配筋面积As=3636mm2)。

4 结语

由计算结果看出，荷载引起的弯矩主要是由煤侧压力引起的，同时发现在抗震区考虑地震引起的内力不容忽视，地震作用是设计人员必须考虑的重要荷载组合因素。筒壁根部配筋是由正常使用极限状态裂缝控制的，而非承载力极限状态计算控制。该落煤塔建成使用2年后仍完好，也没有出现明显的倾斜和沉降。

【1】GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].

【2】GB50135—2006高耸结构设计规范[S].

【3】GB50010—2010混凝土结构设计规范[S].

StructureDesign of Coal FallingTower in a CoalPreparationPlant

YUEYong-bing
(PolytronTechnologiesIncofHeavenandEarth，Beijing100013,China)

In this paper, analysis of the reinforced concrete circular coal tower in the earthquake zone with cylinder, cylinder sidefilledwith coal, structure design and calculation of the cylinderwall on the other side of the root of coal removed after the case, throughthehand tocomplete the calculation of internal force andreinforcement,andusingSAP2000modelinganalysis

coal fallingtower；calculation；structuredesign；reinforcement

TU279.7+4

B

1007-9467（2016）12-0052-03

2016-09-22

岳永兵（1981～），男，山西忻州人，工程师，从事煤矿与煤炭工程建筑结构设计与研究。