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摘要：原料车间是玻璃厂生产的一个重要车间，其原料的配送直接关系到玻璃产品质量。其结构形式一般根据工艺需要分为塔库和排库式，大多采用混凝土结构。近年来为了响应国家节能减排政策以及从资源的可再生重复利用角度出发，采用钢筒仓及框架支承结构形式的原料车间也得到了一些玻璃厂投资者的认可与接受。
关键词：圆形深仓焊接钢板加劲柱框架支撑
一、原料车间钢筒仓的结构组成形式
筒仓按其仓壁计算高度（hn）与其短边之比或与其内直径之比一般可分深仓与浅仓两大类。从用途上来说，一般深仓多用作储存物料的设施，浅仓一般用作卸料、受料、配料与给料的设施。本文探讨的原料车间筒仓就是属于前者。采用钢板做为原料车间筒仓的主承重材料，最大的好处是自重轻，施工周期短，且没有混凝土材料的大量湿作业时间，材料也可以回收再利用，便于工厂的易址搬迁或改造升级等优点。原料车间钢筒仓结构可分为仓上建筑、仓顶平台、仓壁、仓底、仓下支承结构及基础六个基本部分。仓上建筑一般根据玻璃厂的原料工艺会设置一些输送物料的皮带机运输通道，大多采用轻钢封闭式结构作为屋盖和外围护结构；筒仓身一般就采用带加劲柱的钢板圆形筒仓，而仓下支承结构由于原料车间的筒仓直径一般在12m以下，大多采用框架组成的架空式支承结构。
二、筒仓荷载与荷载效应组合计算
作用在筒仓结构上的荷载主要有：永久荷载（结构自重、固定设备自重、仓内吊挂电缆自重等）、可变荷载（仓顶及仓上建筑活荷载、雪荷载、风荷载等）、储料荷载、地震作用等。其中对仓体来说重要的荷载即储料对筒仓的作用，详见下图1的储料压力分解示意图。钢板筒仓结构设计应根据使用过程中在结构上可能出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行设计。具体荷载分项系数和组合系数的规定可参见《钢筒仓技术规范》第4.4节（以下简称《规范》）。
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图1深仓储料压力示意图
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图2
三、结构设计
1.仓顶设计
玻璃厂的仓顶结构一般由于工艺卸料皮带机布置及其上盖仓顶建筑的需要，多设计成平顶式平台结构，按一般钢平台的结构设计即可。一般地，根据仓顶建筑的设备布置荷载大小，对于上盖建筑的梁柱布置应考虑到荷载的传递需要，应结合筒仓结构的加劲柱位置来布置。一般需将上盖仓顶建筑的立柱布置在某一加劲柱上，且该柱应适当加强，并进行仓壁的局部受压强度计算。
2.仓下支承结构设计
玻璃厂钢板筒仓下支承结构一般多可采用钢框架支撑结构体系，其设计方法与一般多层工业钢框架结构厂房没有太多差别，所不同的是，其所承受的荷载则由于筒仓一般储料较重，它的荷载要远大于一般的多层厂房结构，属于典型的“头重脚轻”型结构。故对这一类支承体系进行受力分析和设计时，需要借助空间结构计算分析软件，如PKPM的STS钢框架建模模块和接力SATWE的内力计算与分析模块。对于7度以上地震设防区，必要时尚应考虑由于车间底部一般有皮带运输设备通过而使得结构横向支撑体系不连续，进而带来结构侧向刚度比不满足竖向规则，需要辅助弹塑性分析模块进行补充计算。
3.仓壁设计
对于筒仓结构的特殊之处，就是对处在仓顶建筑和仓下支承结构这两者中间的仓体部分的受力分析与设计了。玻璃厂原料钢板筒仓由于常采用的是大直径深筒仓，储料及仓顶上部荷载较大其仓壁需要设置竖向加劲肋，其强度计算一般可按《规范》5.3.5条简化方法即考虑仓壁钢板与加劲肋构成组合构件取宽度为2be的等效宽度来进行计算即可。钢板筒仓壁在竖向荷载下的稳定计算计算具体可参见《规范》5.3.7条。需要注意的是当仓壁局部承受仓顶建筑传来的竖向集中力时，应在集中力作用处设置加劲肋，集中力的扩散角可取30°，并验算仓壁的局部稳定。对于钢筒仓在水平风荷载作用下，无加劲肋的仓壁或仓壁区段，还应验算空仓仓壁的稳定性。
四、工程实例
信义（江门）1200t浮法玻璃生产线工程（二期）的原料车间位于广东省江门市江海区，基本风压w0=0.60，抗震设防烈度7度（0.10g），场地类别Ⅲ类.筒仓底标高为11.0m，仓顶标高31.00m，筒身高度20m，仓顶建筑层高为6m。仓底支承结构采用钢框架支撑结构体系，筒身范围采用带加劲柱的焊接钢板筒仓结构（见上图2）。其仓顶建筑和仓底支承体系采用PKPM建模分析计算，而对于筒仓本身高度范围的荷载和内力及仓壁内力作用分析则可借助EXCEL表格进行细部计算。通过对玻璃厂原料车间常用的筒仓设计数据进行计算分析，还可以作出钢筒仓在常用高度、直径和深径比范围时的仓壁竖向压应力与各相关设计参数的比例关系曲线，详见下图3。
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图3
上述各曲线表明筒仓壁的厚度直接与筒仓高度、直径及风载大小成正相关，且其对于深筒仓来说，深径比越大，仓壁承受储料荷载传来的总摩擦力在储料自重荷载中占比就越大，则相应传递给仓壁及其加劲肋的竖向荷载则也加大，这点在计算仓壁及其折算应力时一定需要加以注意。
五、结语
钢筒仓由于其具有自重轻，施工方便和快捷，越来越受到玻璃工业生产尤其需长时间储备原料的厂家青睐。对钢筒仓的准确受力分析直接关系到原料车间的筒仓储料的功能实现，并关系到整个结构的安全。而筒仓结构的计算分析由于现有常规结构分析软件的局限性，其很多分析工作需要结构师的手算来完成，所以能否正确对筒仓本身的受力分析计算则是至关重要。笔者认为，对于手算工作量可以通过编写EXCEL公式表格来实现计算的“半自动化”，若借助EXCELVBA的功能则完全可以实现模块化程序自动计算，限于篇幅所限在此不一一详述。
参考文献：
[1]GB50884-2013钢筒仓技术规范.主编：中国有色金属工业协会，中国计划出版社出版
[2]GB50322-2011粮食钢板筒仓设计规范.主编：国家粮食局，中国计划出版社出版
[3]腾锦光，赵阳.大型钢筒仓的结构行为与设计.土木工程学报，2001（08）.
[4]朱彦鹏.特种结构.武汉工业大学出版社，2000年7月第一版
[5]王肇民.高耸结构设计手册.中国建筑工业出版社，1995年11月第一版
作者简介：
徐波，中国建材国际工程集团有限公司，高级工程师。