大跨度机械化散装平房仓设计要点浅析

于海华，胡荣鑫，马天红，季苏丹，张 淑，陈光旭，陈俊强

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

我国是一个农业大国，粮食产业发展历史悠久。粮仓作为产业经济发展的主要要素之一，伴随着粮食产业经济的发展而发展。截止目前，我国粮仓的建设规模不断扩大，粮仓材质不断变化，储粮技术不断更新迭代[1]。建国以来，仓型由建国初期的苏式平房仓到后来的普通平房仓、机械化平房仓、楼房仓以及立筒仓和浅圆仓等以适应不同需求的粮食储备和物流中转。近年来，随着我国的工业化水平不断提高，粮食物流技术的不断创新及粮食“四散化”存储的要求，在港口粮食物流中转库中机械化平房仓已得到广泛的应用，其吸收了传统普通平房仓、浅圆仓及立筒仓的优点，集成平房仓的造价低、立筒仓和浅圆仓的机械化于一体，具有自动化程度高，工程综合造价低，仓容利用率高，能耗、粮食破碎率低等特点，这与我国粮仓建设向“绿色、生态、智能化”模式发展相适应。

本文以一种大跨度机械化散装平房仓为例对设计要点进行浅析，轴线尺寸为80.5 m×45 m，分成2个厫间，檐墙最高堆粮高度为8.0 m，山墙最高堆粮高度为19 m。双坡顶，坡顶高度22.3 m，根据工艺要求设置了仓上封闭设备通廊,并配套输送设备转接塔、输送栈桥等辅助设施。

1 工艺设计

工艺设计是建设项目设计的核心。工艺设计应严格遵守“因地制宜，布局合理，先进科学，成熟可靠，智能高效，环保节能”的设计理念，以“优质、高效、灵活、节省”的原则，确定粮食物流工艺和设备选型。

1.1 散粮接收工艺

本仓型主要适用于以玉米、大豆等易压实、板结、破碎、堆粮高度不能过高的物料的快速中转。对于港口来粮可通过机械化设备输送栈桥转接至仓顶多点卸料输送机将粮食卸入散装平房仓。对于汽车来粮可通过移动式输送设备接卸，然后从仓门用移动式输送设备搭接入仓，实现汽车来粮进仓工艺。机械化平房仓进出仓剖面示意见图1。

图1 机械化平房仓进出仓剖面图

(1)港口来粮

港口来粮→取样化验→输送转接设备→清理、计量设备→仓顶多点卸料输送设备→入散装平房仓。设备输送能力600 t/h。

(2)汽车来粮

汽车来粮→取样化验→地中衡计量→移动式接收设备→移动式输送设备→入散装平房仓。每条线设备输送能力300 t/h。

1.2 散粮发放工艺

(1)仓底机械化发放工艺

在平房仓仓中心设置一条出仓输送设备通道，实现机械化出仓作业功能。工艺流程为：仓内散粮→机械化出仓输送设备→提升设备→计量→输送转接设备→发往码头或装车发放，设备输送能力600 t/h。

(2)侧壁发放工艺

在平房仓四周分别设置了2个高发放口及12个低发放口，再结合移动输送设备实现快速发放功能。工艺流程为：仓内散粮→侧壁高发放口(300 t/h)→汽车转运→地磅计量→发放至码头或公路发放；仓内散粮→侧壁低发放口(300 t/h)→移动式装车设备→汽车转运→地磅计量→发放至码头或公路发放。

(3)仓内余粮清仓工艺

仓内余粮主要有装载机、多功能扒谷机、移动式皮带输送机等设备完成清仓作业，其工艺流程为：仓内余粮→装载机(多功能扒谷机→移动式皮带输送机)→汽车转运→地磅计量→发放至码头或公路发放。

1.3 主要设备选型

针对本项目的特点，散粮入仓系统对粮食破碎率、设备运行稳定性等要求尤其重要。为充分提高仓容利用率，仓顶每隔6 m设置了1个入仓进料口，并配置一个抑尘防破碎装置。入仓设备采用多点卸料输送设备，目前，在国内粮食物流行业使用较多的多点卸料输送设备主要有卸料小车皮带机、埋刮板输送机和多点卸料皮带机3种。

(1)卸料小车皮带机可以满足多点卸料，是粮食行业应用较早的进仓设备，技术成熟，但移动卸料小车体积比较庞大，自重大，由于要在二根钢轨上移动，对机架的强度要求高；设备无法密封，工作时环境粉尘难以控制且故障率高，为防止风雨，筒仓仓顶要加设罩棚，土建费用高。另外，卸料小车皮带机抛料高度相对较高，能耗相对较高，且为了控制卸料时产生的大量粉尘，新型卸料小车在头部设置了一套专用的集中式除尘系统，从而又增加了卸料小车的重量，使净重达到20 t以上[2]。

(2)埋刮板输送机是比较传统的实现多点卸料功能的输送设备，具有密封性能好，分配灵活、体积小等优点。但其设备的动力较大、粮食破碎率高，能耗大，长距离输送需多条设备搭接才能实现。同时由于长时间运行，其刮板、链条及底板磨损较大，需要定期维护更换；因此，在机械化平房仓应用较少。

(3)全密封固定犁式皮带输送机结合了埋刮板输送机和气垫皮带输送机的优点，工艺布置简单灵活，输送带基本上是水平布置，需要在仓顶架设钢结构栈桥，可以直接在仓顶安装，在很大程度上减小了输送机的功率。由于无二次抛料，降低了物料输送过程中的破碎率。具有密封性好、破碎率低、能耗低、易维护、更环保等优点。

从长期运营成本和投资的角度来看，选择更加环保、节能的多点卸料皮带机是更合适的选择。

1.4 安全储粮工艺设计

粮食储存应遵循“以防为主、综合防治”的方针，本着安全、经济、有效的原则，采取切实可行的防治措施，控制入库粮的含水量、含杂量等指标，对入库粮食进行取样检测，保证粮食各项指标在安全范围以内，对储粮品质进行定期和不定期检测，严格控制储粮的轮换时间。

可根据当地气候、储存期、物料性质等实际情况配置智能通风、粮情检测、谷物冷却等设施，保证储粮安全。考虑到清仓设备方便进出作业，机械化平房仓建议采用地槽通风；由于机械化平房仓进粮后不考虑平仓作业，粮食自然堆积后中部与檐墙处的装粮高度差别较大，设计宜分别设独立通风道，防止短路；机械化平房仓装粮高度较高，可在梁上设置吊挂测温电缆[3]。

1.5 智能化控制设计

设置智能化控制、预警、监测系统，控制室内采用计算机PLC系统集中监控，以信息化手段促进出入仓作业自动化、仓储作业的智能化、业务管理的科学化，确保物流和信息流的有效统一，有效提高管理水平和经济效益。全面整合粮食收储业务信息资源，对粮情、质量、安全等关键指标进行动态实时监控。

2 建筑结构设计

机械化平房仓墙体承受粮食侧压力部分为钢筋混凝土墙，厚度250～350 mm，其他墙体为砌体墙，屋面为钢结构。火灾危险性分类为丙类2项，防水等级为Ⅱ级。墙体顶部设置不锈钢防风雨百叶窗进行自然通风。平房仓分两个廒间，每个廒间设三樘大门，用于清仓机械进出。在大门内侧设置专用挡粮门，其承压能力应大于满仓堆粮时的粮食侧压力，以便保证使用安全，同时在大门两侧门柱上设置安全系留装置。仓上层通廊为全钢结构，搁置设备的局部屋面为压型钢板复合屋面。根据平房仓使用需要，在两侧檐墙内侧堆粮面以上位置设置了通长的检查平台。

仓内最小堆粮高度8 m，最大堆粮高度19 m，粮食存放时间短，仓内进出粮中转较频繁，主体结构循环受力，仓内堆粮时，粮食侧向水平力较大，对结构构件的受力要求很高；仓内出粮时，粮食出料速度较快，需考虑不对称出粮引起的仓内偏心荷载。基础设计需综合考虑堆粮及进出粮的不同受力情况，并考虑在满仓粮食作用下的地基承载力验算及仓内地基变形计算。同时抗震设计按满仓及空仓多种工况分别设计，并考虑水平地震作用对主体受力构件的不利影响。所以本工程的主体受力构件及基础形式是结构设计的重点难点。机械化平房仓剖面示意见图2。

图2 机械化平房仓剖面图

经过多方案选型对比：上部主体结构采用钢筋混凝土排架柱和混凝土墙，结构体系采用钢筋混凝土排架结构，该方案可以发挥出构件的受力优势，利用混凝土的受压优势和钢筋的受拉优势，最大限度的利用构件的受力性能。粮食侧力通过混凝土墙传递给混凝土柱，再通过柱传递给基础，结构传力路径清晰，整体受力性能好，同时采用混凝土构件现场施工较为方便，且混凝土构件保温隔热性能好，有利于粮食储存，后期运营维护成本少。

屋面采用大跨度钢结构屋面，减少室内结构柱，增大粮食进出的操作空间。同时在屋面钢梁与混凝土柱节点位置，考虑粮食水平推力导致的主体构件变形影响，设计采用应力释放方案，梁柱节点位置采用弹性支座释放变形，最大限度的降低粮食水平侧力和水平地震作用对屋面结构体系的影响。保证在满仓堆料的情况下，结构上部主体的受力安全。

主体排架及出粮通道采用预制桩基础，仓内地坪采用水泥搅拌桩。该基础施工流程简单，综合造价低。主体结构采用桩基础，并考虑桩间土的综合效应，采用桩土共同受力，抵抗上部粮食侧力传递的水平荷载。同时加大基础埋深，保证结构主体基础稳定受力安全。并在仓内水泥搅拌桩施工前，先利用粮食堆载进行压仓，待地坪沉降趋于稳定后，根据实际沉降观测数据进行计算确定水泥搅拌桩的桩长及数量，利用粮食堆载优势减少仓内地坪的处理深度，进一步降低基础综合造价。

3 粉尘防爆设计

本项目在粉尘爆炸危险场所的分区中，封闭式设备内部属于20区，散装平房仓内部、平房仓仓顶封闭式通廊在防爆规范中属于21区，敞开式转接塔、敞开式皮带机栈桥属于22区，其余生产区域属于非危险区域。应按照《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》(GB 17440—2008)等规范要求进行相关设计。

(1)尽量远离办公区和生活区，设不少于2个安全出口，平房仓屋面采用轻钢屋面作为泄压设施，窗户均采用不锈钢百叶窗，既能便于粉尘扩散，也可以作为泄压设施。地面采用不发生火花的地面，且应平整、光滑，易于清扫。防火墙耐火极限为4 h。建筑物内表面和构件表面应光滑平整，以减少粉尘的聚积。

(2)工艺设计合理，简化工艺流程，避免多次提升；选用运转平稳，密闭性能较好的设备，控制输送设备的线速度；输送机的传动机构采用齿轮减速器，电动机与减速器之间使用弹性联轴器，而不采用皮带传动，对于离心式通风机则尽可能选用直联式传动。多点卸料皮带输送机等输送设备设跑偏、失速等安全检测装置，对设备运行进行监测，出现故障时，自动停止。

(3)根据粉尘爆炸危险区域的划分、电气设备的种类和防爆结构的要求，选择相应的电气设备；所有工艺设备外壳、溜管、风网管道等金属构件做等电位连接并接地，以防静电火花；爆炸性环境内设置的防爆电气设备符合现行国家标准的产品；电机、灯具等电气设备各回路均装设短路和过负荷保护装置；所有通过危险区域的电缆、导线均采用阻燃型。

4 结论与展望

随着我国粮食物流行业的迅速发展，粮食物流基础设施的建设正方兴未艾，机械化平房仓凭借其仓容量大、占地面积小、机械化程度高等独特优势，该仓型将得到广泛的应用。同时，随着我国社会和经济的发展，劳动力成本逐步提高，“以人为本”深入人心，人们要求降低劳动强度，改善工作环境，因此提高仓库的机械化、智能化程度是顺应发展要求，降低物流成本的必然选择，在粮食物流项目中机械化平房仓将逐步取代普通平房仓；另外，我国土地资源日趋紧张，在提高土地利用率上，机械化平房仓相对普通平房仓优势明显；再之，机械化平房仓具备多种功能，既可储存粮食，又可储存散杂货，也可储存、转运散落性差的物料，在港口等项目上，相对浅圆仓和立筒仓具有优势[3]。

综上所述，大跨度散粮机械化平房仓的市场应用前景广阔，符合粮食物流行业发展趋势，具有很强的推广意义。