散装粮食楼房仓结构的优化设计

张庆章, 仇新义, 王振清

(1. 河南工业大学土木建筑学院， 河南郑州 450001； 2. 河南工大设计研究院， 河南郑州 450001)



散装粮食楼房仓结构的优化设计

张庆章1, 仇新义2, 王振清1

(1. 河南工业大学土木建筑学院， 河南郑州 450001； 2. 河南工大设计研究院， 河南郑州 450001)

以天津利达现代粮食园区建设的5栋3层框架结构散装粮食楼房仓为研究对象，在原有基础条件不变的情况下，对楼房仓原设计柱网7.5m×7.5m方案和改变梁及楼板截面尺寸柱网6m×6m的新方案进行了分析。通过对柱距的调整，发现两种方案的混凝土与模板的造价差别不是太大，而钢筋造价差别比较大，6m柱距楼房仓相对于7.5m柱距楼房仓钢筋造价下降了25 %。新设计比原设计三种主材的造价下降了12 %。

楼房仓；粮食；结构；优化设计

散装粮食楼房仓是一种新仓型，综合了平房仓与立筒仓的优点，节约土地，空气流畅，隔热效果良好，机械化程度高，在我国有广阔应用前景[1-2]。然而因粮食荷载非常大，楼房仓的构件尺寸大，楼房仓的造价也较高，影响楼房仓的推广应用，因而对楼房仓进行结构优化、经济分析尤其重要[3-4]。

以天津利达现代粮食园区建设的5栋3层框架结构散装粮食楼房仓为研究对象，在原有基础条件不变的情况下，对楼房仓原设计柱网7.5m×7.5m方案和改变梁及楼板截面尺寸柱网6m×6m的新方案进行了分析，对比材料用量及造价，得出经济性较好的楼房仓设计方案。

1　工程项目概况

1.1地质条件

天津市利达粮食现代物流中心场地土为中软土，场地为III类场地。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，属设计地震第一组。

1.2设计基本情况

原设计基本情况：建筑平面尺寸为93m×30m，建筑外观规则，中间设缝，柱距为7.5m×7.5m，中间设缝处柱距为3m。仓房分3个廒间，两边廒间30m，中间廒间33m，建筑平面如图1所示。建筑结构为框架结构，共3层，层高为一层11m，二层7.8m，三层7.6m(由于一层考虑了基础，故在实际结构设计计算模型中采用12m标高)。储粮方式为散装粮。堆粮高度为一层8m，二层5m，三层5m。储粮品种为小麦，容重为8kN/m3。

新设计柱距为6m×6m，设缝部位稍偏右，其余情况同原设计相同，建筑平面如图2所示。

图1　原设计建筑平面

图2　新设计建筑平面

柱子第一层采用同一截面，二～三层采用同一截面。梁的截面根据楼层的变化有变化，使梁的配筋率控制在1 %～1.2 %，主梁的宽度选用500mm。原设计与新设计构件截面如表1、表2所示。

2　工况选取

散装粮食楼房仓由于储粮品种、储粮方式及储粮位置的变化，其荷载组合应考虑多种形式。在此，储粮品种按容重为8kN/m3的小麦计算，装粮位置可在9个仓房(每层3个廒间)内任选1～9个仓装粮，储粮方式选取满仓平堆装粮或单仓单侧装粮两种方式组合，取最不利工况，然后进行配筋设计。

3　荷载模拟

3.1设备荷载

屋面层上布置有设备，其荷载值取4kN/m2。

3.2楼面荷载

楼面恒载(不包括自重)：二层和三层楼面荷载取1kN/m2，屋面层取4kN/m2。

表1　原设计各构件截面

表2　新设计各构件截面

3.3粮食活荷载

粮食活荷载按照《粮食平房仓设计规范》取值，其分项系数为1.3[5-6]。粮食荷载如表3所示。

表3　粮食荷载　kN/m2

4　构件设计

4.1墙体设计

墙身主体采用砖墙加混凝土墙梁的形式。两种设计墙厚为490mm。原结构连梁的设置为：一层共设置6道连梁，分别在标高0.77m、1.85m、3.05m、4.63m、6.05m、7.85m处，截面为300mm×490mm；二层共设置3道连梁，分别离楼面高度为1.05m、3.45m、4.85m处，截面为300mm×490mm；三层设置同二层。新结构连梁的设置为：一层共设置5道连梁，分别在标高1m、2.2m、3.8m、5.6m、7.85m处，截面为300mm×490mm；二层共设置3道连梁，分别离楼面高度为1.2m、3m、4.85m处，截面为300mm×490mm；三层设置同二层。

4.2柱子水平荷载的加载

在设计过程中，水平力以集中荷载的形式传给柱子，底层柱集中水平力在模型中的作用位置分别为1.5m、2.5m、3.5m、4.5m、5.5m、6.5m、7.5m、8.5m，其余各层柱水平力作用位置分别为0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、4.5m，作用点上下各一半荷载传给柱子，具体数值如表4、表5所示。

5　结构计算与经济性分析

5.1变形与位移

本工程设计仅对部分构件截面进行了调整。材料的选用：混凝土采用C30；梁柱纵筋采用HRB400；仓壁采用普通烧结砖。结构构件选取的原则是柱子满足规范要求，并尽量从表6可以看出，原设计与新设计层位移与位移角非常接近，均满足GB50011-2010《建筑抗震设计规范》规定的限值1/550。从表7可以看出，楼房仓的配筋率为1.1 %左右，符合经济配筋率要求；裂缝宽度也基本相当，满足规范规定的最大裂缝跨度0.3mm的要求[7]。原设计与新设计梁的挠度都较小，满足跨度的1/250的要求[7]。

表4　原设计柱水平荷载

表5　新设计柱子水平荷载

小，计算结果如表6所示；梁满足配筋率的要求，并尽量使配筋率控制在1 %～1.5 %左右；挠度与裂缝满足规范规定的限值，计算结果如表7所示。

表6　楼房仓层位移和位移角

表7　楼房仓配筋、裂缝、挠度

5.2经济分析

经济分析参照河南省建设工程量清单综合单价(2008)[8]，本文只考虑混凝土、钢筋、模板三种材料的用量。三种材料统计结果和造价如表8所示。从表8可以看出，梁的混凝用量有所减少，柱子和板混凝土用量有所增加，板混凝土增加的主要原因是板厚的增加，总的混凝土用量略有所增加。两次设计钢筋用量共减少232 t，可见减小柱距对节省钢筋意义重大。混凝土与模板的造价差别不是太大，每m2相差10元左右；钢筋造价差别比较大，每m2相差101元。可见对柱距进行调整，主要影响钢筋量的变化，也是控制造价的主要原因。原设计与新设计三种主材的造价相差83.2万元，相当于节约了12 %。

表8　原结构和新结构造价

6　结论

通过对天津利达物流园区楼房仓两种设计方案的分析，发现两种结构方案都能满足结构正常使用。两种方案的混凝土与模板的造价差别不是太大，而钢筋造价差别比较大，6 m柱距楼房仓相对于7.5 m楼房仓钢筋造价下降了25 %。新设计比原设计三种主材的造价下降了12 %。在结构方案选型的时候，满足工艺的要求下，柱距越小越经济。

[1]苏泽维. 楼房仓与房式仓储粮性能比较[J]. 粮食储藏, 1990(6): 25-26.

[2]张庆章, 仇新义. 粮食楼房仓结构和储粮工艺研究进展[J]. 粮食储藏, 2016, 45(1): 26-28.

[3]范建华. 粮食房式仓仓壁压力计算[J]. 特种结构, 1999, 16(1): 25-27.

[4]王丽坤. 散装粮食楼房仓主要功能实现与结构性能研究[D]. 郑州: 河南工业大学, 2010.

[5]GB 50320-2014 粮食平房仓设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2014.

[6]王振清. 粮仓建筑基本理论与设计[M]. 郑州: 河南科学技术出版社, 2015.

[7]GB 50010-2010 混凝土结构设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[8]河南省标准定额站. 河南省建设工程工程量清单综合单价(2008)[M]. 北京: 中国计划出版社, 2008.

粮食公益性行业科研专项(项目编号：201513001)；河南省高等学校重点科研项目 (项目编号：15A560022)；河南工业大学高层次人才基金(项目编号：2013BS026)；郑州市普通科技攻关计划项目(项目编号：20140766)

张庆章(1981～)，男，博士，讲师，研究方向为粮仓建筑与结构、混凝土结构的耐久性。

TU377

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[定稿日期]2016-05-30