圆筒仓设计分析与总结

◎马　跃（郑州新智信粮食工程科技有限公司，河南 郑州 450001）

圆筒仓设计分析与总结

◎马跃
（郑州新智信粮食工程科技有限公司，河南 郑州 450001）

通过分析筒仓的形状、直径；砌筑材料类型及用量；钢筋总用量；以及采用筒仓结构形式对比，对具体工程进行分析及探讨，确定出最佳、最合理的设计方案。

筒仓；抽心；筒壁架空或落地；用钢量

随着农业科技的发展，粮食成倍增长，大规模建设粮仓已成为必然趋势。建设占天不占地的便于机械化和自动化操作的立筒仓库，已成为粮食部门的一个重要任务。故向高空发展的粮食立筒库将会得到发展［1，2］。现在将设计筒仓过程中的一些体会分述如下。

1 筒仓的形状及其截面面积

立筒仓常由若干个形状相同的单筒仓平行分列地集合成组。单筒，其平面形状可以是圆形、四边形、等边六角形或等边八角形，而其截面面积，是按其筒的内切圆直径为D及边长为A和B，则圆筒的面积为0.785 D2，四边形筒的面积为A×B，六角筒的面积为0.866 D2或2.598 A2，八角筒的面积为0.828 D2或4.828 A2。

每个相同的单筒集合在一起时，圆形的和八角形的都将围出一个中间的空隙地位，叫作星仓。由圆筒围得的星仓面积为0.215 D2，由八角筒围得的星仓面积约为A2。四边形及六角形的单筒可以互相紧密搭接，因此组合在一起时没有星仓形成。

2 筒壁的周长和受力情况

每组立筒仓的造价高低，可将所需筒壁体积的多少作为衡量造价的基本条件。在筒高及壁厚相同的条件下，则可取筒壁的周长为准绳。现以九个筒体集合在一起，连同星仓在内的总面积都是200 m2左右计算。则每平方米筒仓所需筒壁周长：六角形筒为0.542 m，正方形筒为0.58 m，八角形筒为0.605 m，长方形可能达到0.638 m，圆筒为0.716 m。这样，仅以筒壁体积来看，似以采用六角形筒为最经济，而以圆筒为最不经济。

任何形状的筒壁在所装粮食的作用下，水平间产生侧压力，垂直间产生摩擦力。侧压力作用于圆筒壁仅受环向拉力，故可简易的按照轴心受拉构件计算；而对其他多边形筒壁，则除每边均有弯矩产生外，另在两端受到相邻的支点反力，故需按照偏心受拉构件计算。此外，对任何筒壁都要把粮食竖向摩擦力加在由上传下的荷载之内。合并验算在垂直向的受压或受弯。

3 一般采用圆筒的理由及确定壁厚的因素

由圆筒组合成的仓群，既然已如上述所需筒壁体积最多，但何以在实际建筑中却常见而被普遍采用。其理由是圆筒的受力情况比任何多边形筒都简单，因此不仅可用钢板或钢筋混凝土构造，也可利用砌体在齿缝截面内的抗拉强度而用砖砌，或用其他地方材料做成环状围段，使成偏心受压构件。其间联以轴心受拉的钢筋混凝土圈梁，用作上下相邻围段的支承。在筒体同样用钢筋混凝土构造时，六角形筒虽有所需筒壁最少，这仅说明在所需水泥混凝土用量上能比圆筒省，但在所需配筋方面却远比圆筒用量多，为了节省钢材起见，自以圆筒最为有利。此外圆筒又便于制模和施工，刚度和强度很充足。故在下面探讨筒仓的设计问题时，均将以圆筒为对象。对于圆形的筒壁厚度，当用钢筋混凝土构造时，应使水平向受拉钢筋的作用下，混凝土有足够的抗裂性能，而垂直向在荷载的作用下，又能提供相应的抗压强度。此外还要照顾到施工的条件，以不妨碍混凝土的浇捣及用滑模提升时不至受到损伤为度。砖砌的圆筒壁，同样有横向抗拉及垂直抗压的问题。

4 圆筒仓采用砖砌或用钢筋混凝土的比较

砖砌圆筒仓在施工时不需要采用模板，故可不受条件限制而各地都能随便建造，但由于结构上的受力情况，其直径不大于6 m为宜。为了是壁厚不超过1.5砖，按垂直间的抗压强度为根据，筒内装粮高度又以不大于20 m为限。较大的筒径和较大的筒高，就不宜采取砖圆筒了。现在仅就筒壁来研究，砖砌圆筒仓不是直径很小、筒身很矮或是砖圆筒壁很厚，一般砖砌深筒仓都需要采用砖配筋或设置钢筋混凝土圈梁。不论哪种做法，其所需环向钢筋应该和同样尺寸的钢筋混凝土筒内所需的配筋数量基本相当，所不同的是砖砌筒壁可以省去钢筋混凝土筒内所需的垂直向架立钢筋，但即使如此，砖砌筒仓采用圈梁的，还要增用一些梁内的箍筋。通过计算比较，以圆筒每立方米的容积计算，砖砌的可比钢筋混凝土的省用钢材1.2～1.85 kg。除此之外，砖砌筒壁的砌筑砂浆要用大量水泥，内外粉刷又要用水泥，这些对钢筋混凝土筒壁都是不需要的，因此，砖砌筒仓耗费的水泥较多，而且造价也通常较高，对地基所作用的压力又是较大。只有为了没有模板时就能施工，宁愿多花一些工料费用，仅当筒身不需很高又能节约一些钢材时，才宜采用砖砌筒仓。

5 圆筒仓的抽心问题

一组圆筒仓如果只要四周边缘一圈，而把中间各筒全部省掉抽去，使外围的圆筒起到挡粮的作用，而使内部形成很高而且很大的房式仓，似乎是切实可行而且很经济有利的，但内部抽去的筒倘大于二排时，虽减少了筒体内部仓壁的建筑费用，却增加了仓顶构造上部的大跨度筒顶层的材料开支，将得不偿失，而且由于内部仓容量很大，亦不利于粮情的检查，在粮食侧压力的作用下，一般只可当作悬臂看待，除非在构造上能采取措施确保筒顶拉牢，才能按照下端固定上端铰接计算。现以筒的直径为6 m分析，当用砖砌壁厚为1.5砖时，筒的容许高度尚按悬臂核算。装砌不可超过11 m，装麦只能达到8 m左右，如果筒顶能做到铰接，则装砌可增高到15 m左右，装麦可增高到12 m以内。倘使6 m直径的圆筒是用钢筋混凝土建造，又是配置了较多的垂直钢筋，则装麦的容许筒高，按悬臂计算时应在14 m以内。按上端为铰接计算时可略大于19 m。由上看来，抽心后的圆筒仓高度最多不能达到20 m，因此只有在地耐力较差又不允许采用人工地基，几筒高受到限制时，才宜采取抽心办法，而且最好是仅抽去成三排布置时中间一排的几个筒仓。

6 筒壁架空或落地的比较

架空的做法，是在地面上先立柱子，在柱顶的环梁或板上设置筒壁，此时筒下层较为宽敞，光线也好，但施工比较费事，全部筒壁及粮食重量都将传递到梁或板上，刚度及整体性较差。

落地的做法，是在地面上直接筑起筒身，仅需留出安装输送设备及交通的孔洞，这部分代替了空架所需的柱子，上面的环梁漏斗和仓底板等的做法仍与架空相同。但梁板仅受一部分由粮食产生的垂直压力，而全部筒壁的垂直荷载包括粮食摩擦力在内均直接通过筒下层的筒壁而传递到地基上去，因此比较省工省料，可充分利用滑动模板，施工简便，即可缩短工期，又因整体刚度较强，对台风及地震均有一定的抵抗能力，对基础工程的设计制作也较架空采用柱子的可以节省一些。其缺点是筒下层较不宽敞，但当筒群不多于三排时，对白天自然采光尚无多大妨碍。

7 圆筒的直径问题

用料省和造价低，是选用圆筒仓直径大小的主要依据。当为单个砖砌体圆筒时，5 m直径的比4 m直径经济，6 m直径的有比5 m经济，但具体到钢筋混凝土圆筒，因须按照组合成群连同筒顶上部结构一期研究，故并不是直径越大越好。现在，纯从各种不同直径的单个钢筋混凝土圆筒进行分析，并以筒的每立方米容积为比较计算的标准。

7.1在用钢量方面

筒壁环向水平钢筋，取决于粮食侧压力和环拉力以及圆周的长度，这三者都随着直径D而变化，即与D的三次方有关，但筒的容积则与面积亦即直径D的二次方有关，因此单位容积所需的环筋根据D值而异，亦即用钢量随筒径的增大而增大。至于垂直向随圆周而布置的架立筋仅和D值有关，因此，单位容积所需的钢筋根据D值的倒数而定，亦即用钢量随筒径的增大而减小。把单位容积所需的横向及竖向钢筋汇总合计，当筒壁内可以不由施工时支承千斤顶的粗钢筋时，则用钢量仍是随直径的增大而增大，自直径4 m增大到13 m，每平方米仓容所需的用钢量就有5.28 kg增大到8 kg。倘支承千斤顶的粗钢筋浇在筒壁内不取出，则每立方米的总用钢量由4m直径时计需10.63 kg，随直径的增大而逐渐减小到9 m直径时计需8.89 kg，当直径再增大时，每立方米总用钢量又逐渐增大到13 m直径时计需9.37 kg。

7.2在水泥混凝土的需用量方面

每立方米仓容所需筒壁的水泥混凝土用量，取决于筒壁所需的厚度，而厚度除按抗裂及抗压条件确定外，还需适用于施工时的构造要求。经计算，筒径由4 m增大到10 m时，每立方米仓容所需筒壁的水泥混凝土体积可由0.174 m3逐步减小到0.08 m3，当筒径再增大到13 m时，由于壁厚将随筒径增大而增大，故水泥混凝土需用量又将相反的逐步增大到0.095 m3。

7.3在作用于地基的平均压力及占地面积方面

当筒高相同亦即堆粮相等的条件下，筒径越大，由于在筒的平面面积内分配到的粮食横截面面积与筒壁横截面面积比例越大，故作用于单位面积地基内的平均压力越少。但超过了一定界限，由于需要加大壁厚，故平均压力反过来又将逐步增大。现按筒高为30 m估算，筒径自4 m增大到10 m时，作用于每平方米地基上的平均压力由35 t逐步减小到28.2 t，当筒径再由10 m增大到13 m时，平均压力又将反过来逐步加大到29.3 t，在地耐力相同的地基上，采用较小平均压力的筒径，其筒身可比较大平均压力的筒径做得更高，因而装粮可以更多，亦即建筑上的占地面积可以较少较省。

8 工程总结

从上述单筒的分析来看，根据采用滑模施工而不回收支撑粗筋时的用钢量考虑，拟以9 m直径为经济。倘若根据水泥混凝土用量以及根据地基强度或占地面积考虑，又以10 m直径为经济。但这些仅是片面地单从筒壁一方面为依据，事实上还要结合筒顶层和筒下基础共同探讨。凡较大的直径，对于以上二项结构都较费工费料，同时仓容太大不利于探测粮情以及必要的翻仓工作，更何况施工时的支撑钢筋已有办法可以回收，故即仅仅为节约筒壁的钢材，亦不应采用较大的直径。可是筒径太小，又使作用于地基的压力太大，需用水泥混凝土也太多。经过分别取6、8、10 m三种不同直径仅能得到同样仓容进行计算比较，证明6 m直径为最经济，10 m直径为最不经济。最近，各地新建的贮粮筒仓大都喜欢用较大直径，考虑其原因，或者仅从筒壁单方面考虑，误以为经济，或者仿效其他部门的做法，照样办理，殊不知贮存大块物料的筒仓，必须大的直径才合应用，但具体到贮存细粒粮食，则大直径不论在造价上还是在实用上都是不适宜的。

［1］中华人民共和国建设部.GB 50077-2003 钢筋混凝土筒仓设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2003.

［2］王振清.粮仓建筑与结构［M］.郑州：中国商业出版社，1992.

The Design and the Final Analysis of the Silo Cell

Ma Yue
（Zhengzhou Xinzhixin Commissariat Engineering Technology Co. Ltd.， Zhengzhou 450001， China）

We analyze the: shape and diameter of the silo cell， category and dosage of masonry materials， dosage of rebar ， then we compare the structures of different cells， discuss and analyze targetedly in order to draw the best and the most reasonable project design.

Silo； Pulling； Cylinder wall， Overhead or floor； Amount of steel

TU476

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.12.003

马跃（1982-），男，助理工程师；主要研究方向为面粉生产车间配粉仓与麦仓仓储采用合理结构形式，以及立筒库合理化建设。