5.2 仓顶、仓壁及仓底结构

5.2.1 圆形筒仓的仓顶、仓壁及仓底结构的计算应符合下列规定：

1 圆形群仓除应按单仓计算外，还可在空仓、满仓不同荷载条件下，使用程序或本标准附录G的计算公式进行验算。

2 圆形筒仓、大型圆形浅仓的薄壳结构计算应符合下列规定：

1）均应计算其薄膜内力；

2）当仓顶采用正截锥壳、正截球壳或其他形式的薄壳与仓壁整体连接、仓壁与仓底整体连接时，相连各壳体应验算其边缘效应对薄膜内力的影响；

3）圆形筒仓的各轴对称旋转薄壳，在轴对称荷载作用下的薄膜内力及边缘效应影响可按本标准附录H的公式进行计算。

3 柱承式圆形筒仓的仓壁应计算其竖向荷载作用下产生的内力，并可使用程序或按平面深梁简化计算。

4 当圆锥形或其他形状的漏斗与仓壁非整体连接，且漏斗顶部的环梁支承在扶壁柱或内框架的柱顶上时，环梁可忽略与漏斗壁的共同受力作用，可按独立曲梁或内柱框架计算各构件的轴向力、剪力、弯矩和扭矩。

5 圆形筒仓的仓壁、筒壁及大型圆形浅仓的仓壁上的洞口计算应符合下列规定：

1）洞口边长大于1.0m的方洞、短边大于1.0m的矩形洞口，除应计算洞口边缘的应力外，还必须验算洞口角点的集中应力，集中应力可釆用3倍～4倍的洞口边缘应力；

2）洞口应力可使用程序精确计算或选用本标准附录G的参数简化计算；

3）直径大于1.0m的圆形洞口，应验算洞口周边的应力。

6 仓壁直接落地的圆形筒仓、大型圆形浅仓，当其筒壁、仓壁与基础整体连接时，筒壁、仓壁除应按薄壁筒壳的薄膜理论计算外，还应计算其与基础连接部位对仓壁约束的边界效应。

7 仓壁直接落地的圆形筒仓、大型圆形浅仓在贮料侧压力作用下，基础对仓壁固端约束的边界效应（图5.2.1-1）应按下列公式计算：

式中：M_y——仓壁任意高度的竖向弯矩；

V_y——仓壁任意高度的剪力；

M₀——仓底弯矩；

V₀——仓底剪力；

C——参数；

β——参数；

ζ——函数ζ(β·y)；

θ——函数θ(β·y)；

p——任意高度贮料水平侧压力；

p₀——仓底贮料水平侧压力；

r——筒仓（内）半径；

t——仓壁厚度；

h——贮料总高度。

注：1 仓顶为铰接时，可按本标准第6.8.20条的规定计算；

2 函数ζ、θ见本标准附录E；

3 函数的y坐标原点O为仓壁底部的固端点。

8 仓壁落地的圆形筒仓、大型圆形浅仓的仓下输料地道、人行通道的计算应符合下列规定：

1）仓下输料地道、人行通道的结构应按闭口框架进行内力分析及计算；

2）贮料高度与地道横截面宽度之比小于1.5时，地道顶部贮料产生的竖向单位静荷载p_v应按贮料浅层竖向静压的计算方法进行计算；

3）贮料高度与地道横截面宽度之比等于1.5或大于1.5时，地道顶部贮料产生的竖向单位静荷载p_v宜按深层贮料压力的计算方法进行计算（图5.2.1-2）；

4）贮料高度H与地道卸载拱高度h_g之比小于或等于5.0时，地道顶面的贮料竖向静荷载p_v应按浅层贮料压力的计算方法进行计算。贮料高度H与地道卸载拱高度h_g之比大于5.0时，地道顶面贮料竖向静压力p_v宜符合深层卸载拱（图5.2.1-2）的要求，并应按下列公式计算：

p_v＝γ·h_g (5.2.1-8)

h_g＝0.5·l_g/f (5.2.1-9)

式中：γ——贮料的重力密度；

h_g——卸载拱的矢高；

l_g——卸载拱的跨度；

f——贮料的内摩擦系数。

5）地道侧壁上水平荷载的计算（图5.2.1-2），除应计算地道两侧土压力的作用力外，还应计算其两侧上部贮料堆载、地道地基作用力产生的附加荷载。

注：1 本条第4款应为贮料深层压力卸载拱形成的必要条件；

2 本条第5款应为形成稳定卸载拱的可靠条件；

3 贮料浅层竖向静压计算方法可采用本标准第4.2.6条式(4.2.6-2)进行计算；

4 按卸载拱压力计算方法计算时（图5.2.1-2），可不乘深仓贮料压力的修正系数C_v值；

5 当地道顶面的贮料压力，不采用式(5.2.1-8)计算地道顶面卸载拱下的压力时，贮料的探层压力可按图5.2.1-2中5倍h_g(o₁～d)阴影部分的压力进行计算。

5.2.2 矩形筒仓仓壁及仓底结构的计算应符合下列规定：

1 矩形筒仓仓壁及角锥形漏斗壁的内力计算应符合本标准附录K的要求；

2 矩形群仓仓壁的内力应按单仓及空、满仓不同荷载条件下的工况进行计算。

5.2.3 仓壁落地及非仓壁落地的钢筋混凝土大型圆形浅仓、混凝土-钢构组合的大型圆形浅仓的设计应符合下列规定：

1 非仓壁落地混凝土大型圆形浅仓、混凝土-钢构组合的大型圆形浅仓（薄壁）仓壁的仓下支承结构体系应计算对称卸料、非对称卸料、大偏心卸料、地基不均匀变形的荷载效应；

2 仓顶结构采用大跨度轴对称圆形穹顶时，穹顶应设计成非瞬间机动、整体及局部稳定的结构体系，并应进行对称、非对称荷载效应的计算；

3 混凝土-钢构组合的大型圆形浅仓的薄壁仓体的结构体系应计算最不利工况条件下的荷载效应，除应控制承载力外，还应严格控制结构体系的整体及各构件的整体及局部稳定性；

4 仓下支承结构体系，釆用型钢混凝土、钢管混凝土作为受力构件时，应具有与钢筋混凝土支承体系荷载效应特征的当量等代作用；

5 混凝土-钢构组合的大型圆形浅仓的仓顶与（薄壁）仓壁、（薄壁）仓壁与筒壁、（薄壁）仓壁与仓下支承结构的连接宜釆用无矩铰支节点；

6 混凝土-钢构组合的大型圆形浅仓，在各种不利工况条件下，所有连接节点的计算及构造均应确保结构体系节点的荷载效应及其传递作用的可靠性；

7 型钢混凝土、钢管混凝土作为仓下支承结构体系的构件时，其构件连接节点的构造应确保钢构与混凝土两种不同材料具有共同受力的整体性效应，并应严格符合同等钢筋混凝土节点受力特性的要求；

8 大型圆形浅仓的基础设计、地基计算应符合本条第3款荷载条件的要求；

9 大型圆形浅仓基础的计算及构造应确保基础对仓下支承构件具有固端约束作用。

条文说明

5.2.1 圆形筒仓的仓顶、仓壁及仓底结构的计算：

1 仓壁相连的小直径圆形群仓及排仓，较多的设计部门一直按单仓计算，若连接部非外圆相切，联系钢筋非构造放置时，在其连接处的应力与按单个筒仓计算时所得结果显然不同。通过计算表明，将群仓简化为单仓计算，不能反映筒仓的实际受力状态。在《钢筋混凝土筒仓设计规范》GBJ 77-85编制时，由于排仓和群仓的仓径都不大，对于较小仓径的排仓和群仓，在仓壁连接部位，设计时首先又必须满足结构的构造要求，按单仓计算的群仓或排仓，实践表明，还是可以满足使用要求的，故对其没有提出明确的规定。随着群仓和排仓仓径加大，在其连接处，与单仓相比，仓壁的刚度发生了很大的变化，对仓壁的变形产生了约束，按单仓计算已不能代表连接处的受力状态。本标准对国外几种不同资料的对比后，选择了本标准附录G的计算公式。

2 薄壳结构从理论上讲都是有矩的，然而由于薄壁壳体厚径比很小，弯曲应力可忽略不计时，可按无矩理论的薄膜内力计算。但在各壳体的连接处，由于刚度突变，对各壳体的近端将产生弯矩，对壳体远端有一定的影响，但影响是有限的，这种影响称为边缘效应。以往设计筒仓时，大部分圆形筒仓仓壁或圆锥形漏斗仓底均是按薄膜理论计算其内力的，这是一种近似计算方法。但随着筒仓使用范围越来越广泛，直径也越来越大，若完全不考虑边缘效应，则计算出来的内力与在边缘附近的实际内力会相差很大。因此在设计大型圆形筒仓时，均应考虑边缘效应。国外一些规范及资料也提出要在筒仓设计中考虑边缘效应对筒仓内力的影响。从我们计算圆形贮煤筒仓的事例来看，无论是仓顶、仓壁或仓底，当考虑边缘效应时，在边缘附近由于有经向（竖向）弯曲，仓壁的竖向钢筋及圆锥形漏斗壁的斜向钢筋均比只按薄膜内力所配置的钢筋要多。设计时，只要注意到需要验算此处的内力，即可满足结构的安全要求。在本标准第3.3.4条的条文说明的配图（图3）中，可明显看到在多个构件的交汇处，由于节点的刚度与各构件的刚度差别很大，节点出现了超静定内力，而且将影响构件的薄膜内力状态。此处的薄壁构件将要承受薄膜内力与其他内力的组合值。

3 柱支承筒仓仓壁的竖向内力可近似按平面深梁或曲面深梁计算，对于大直径圆形筒仓的仓壁或筒壁，由于其曲率半径较大，其承受弯曲的曲面深梁可近似按平面深梁计算，亦可参见本标准附录K给出的图表进行计算。

4 圆形筒仓的仓下支承结构，当由环梁与内柱组合成内框架体系时，可按框架结构体系计算。

5 在仓壁上开方洞，将会在洞口的角点处产生应力集中，当洞口边长小于1.0m时，可按构造配筋。对于较大的洞口，仅按构造配筋不能满足要求。当无法进行精确计算时，可近似按本条及本标准附录G的规定进行设计。

从图5（洞口周边应力等值图）中可以看出，当洞口在一个方向的两侧受力时，洞口周边出现的等应力值分布曲线。洞口的四个角点是应力最集中的部位，也是应力绝对值最大的部位。这就是本标准设置本条及附录G的依据。其他部位的应力不一定都发生在洞口的洞边，这也是设计者在配筋时应注意的事项。

7 地道还应计算贮料在其侧壁上产生的作用力，贮料作用力根据筒仓地道沿长度方向截条的受力状况，可参考本标准附录G的表格及附录K的K.1.10条按闭口框架计算。

5.2.2 矩形筒仓是空间结构，仓壁及仓底的边界条件非常复杂，使用程序计算时，程序编制者必须按结构的实际受力特性完整地体现在程序中，否则结构计算的结果将不会反映组成结构的各板件的实际受力状况。在本标准修订前，广大的筒仓设计者曾多次反映，希望筒仓编制组给出既能保证结构安全又能快捷简便的筒仓计算方法，增加矩形筒仓设计内容的条款。为满足以上要求，本标准在本次修订时，提供了筒仓的各种简易计算法，其计算结果实用且安全，分述如下：

当矩形筒仓的仓壁、漏斗壁及边梁整体连接时，实际上是一种由薄板及杆件组合为一个整体的空间结构。在贮料的荷载作用下，各相邻构件通过变形协调而共同受力，因而各构件需考虑相邻构件对其变形的约束而引起的内力变化。

以往设计矩形筒仓时，一般采用近似的计算方法，将筒仓各构件分解成单独的板、梁，按平面构件进行内力分析，较少考虑各构件间的共同受力作用。通过对一些矩形筒仓内力的初步分析表明，按空间结构整体计算与按平面构件计算相比较，二者的内力值相差较大并影响到构件的配筋。但由于筒仓的结构形式较多，目前尚无一套简单、实用的按空间结构整体计算的方法。又由于各种条件的限制，直接利用计算程序对筒仓按整体空间结构进行内力分析，也还存在一定的难度，况且各构件边界条件的随机性较大，其假定若不与实际状况相吻合，则计算可能导致错误的结果。由于按平面假定计算空间体时，都是将可能出现的不利边界条件作为计算依据且偏于保守，为此还需要经过按平面计算的方法校核后，才可放心使用。以往矩形筒仓的设计，大多按平面构件方法计算，实践表明是可行的，也是安全可靠的，故本标准仍首先釆用按平面构件计算。在本标准附录K中列出了多种简化计算方法，可供设计者釆用。

5.2.3 近年来大型圆形浅仓尤其是架空式的大型圆形浅仓的倒塌事故已发生多起。对于下部为钢筋混凝土（多漏斗的）支承结构，上部仓体为薄壁钢结构的大直径圆形筒仓，发生事故的可能性更大。因为这种仓型实际上是混凝土与薄壁钢结构的混合结构体，它既不完全属于混凝土的筒仓仓型，也不属于钢结构的筒仓仓型，目前还没有这种仓型的专业标准规范可供设计者使用。两种不同特性结构材料构成的筒仓结构体系，绝不是将两种不同材料结构简单叠加。其计算、构造都应具有特殊的要求及规定。无论是简化计算还是利用已有程序计算、结构的构造措施，都应体现不同材料的结构构件及其共同构成的整体结构体系的实际受力状态。否则，其计算将会产生与实际受力工况完全不同的效果，从而出现结构倒塌的事故。钢筋混凝土虽然也是两种不同材料的混合体，但是无论是单独构件还是由其构成的结构体系，是近百年来人类经过不断的实践使其成为技术完善的结构理论，并被现代工程广泛利用。钢结构作为一种单一材料及其结构的技术特性，也同样更为成熟。型钢混凝土、钢管混凝土作为一种单一构件，人们也做了不少的试验研究，但将其与钢筋混凝土结构相比，其技术理论还不能具有同等水平，更不能与钢结构体系相比。尤其是由其构成的整体结构体系的计算、结构的构造措施，应该具有更深入的研究。在此条件下，为确保筒仓结构的安全使用，本条对其作了必要的限定。

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