钢装车仓的设计体会

钢装车仓的设计体会

梁庞

北京华宇工程有限责任公司河南平顶山467000

摘要：本文针对钢仓这种工业建筑的常见结构形式，阐述了其在设计中的一些体会和感触。在钢装车仓设计和选型方面进行了一些进一步的探讨，对其设计和选型的合理性、经济性做了一个初步的总结。

关键词：钢仓；结构设计

钢仓作为一种常见的储存物料的仓储设施被广泛的应用在各行各业中。钢仓有着自重轻，安装制作方便，可以工厂制作，现场拼装施工工期短的特点。但是，同时也存在着造价高、后期保养费用高等不利条件。但是综合一些其他的因素，在一些特殊的条件下，有着混凝土仓无法比喻的优点。尤其是跨铁路的贮仓，因为有铁路方面时间和空间的限制，故在跨铁路的贮仓设计中钢仓被大量的采用，并在工农业生产中发挥着不可替代的作用。本文就笔者前段时间做的一个钢装车仓，谈谈对钢装车仓这种特殊的构筑物形式设计的一些体会。

1结构形式

钢仓从仓斗形式上分为：矩形斗仓，圆形斗仓，双曲线斗仓和抛物线斗仓。从整体形式上可以分落地钢仓和不落地钢仓。圆形斗仓、双曲线斗仓和抛物线斗仓，在煤炭行业中比较常见的是矩形斗仓，故本文着重论述矩形钢仓的设计。

矩形钢仓一般分为无竖壁的漏斗仓和带钢竖壁的浅仓。带钢竖壁的深仓考虑到经济性和实用性一般很少使用。本次设计的钢装车仓就是属于带钢竖壁的浅仓。该装车仓为7mx6.75mx2，高度26.18m，为跨铁路两连装仓，贮料为煤矸石。考虑到原有铁路正在使用，施工周期不能太长，故采用钢仓，整体钢框架支撑。

2结构荷载

钢仓的主要荷载为恒荷载和活荷载

恒荷载：包括钢仓自重、仓壁内衬自重及钢仓斗口吊挂设备自重，仓上皮带机设备自重和楼面自重。

活荷载：一般为楼面活荷载、吊装荷载和贮料荷载。对于钢仓设计贮料荷载为主要的控制荷载。荷载计算上，主要考虑贮料对仓壁各个不同方向上的压力，主要是仓壁竖向压力、水平压力及法线方向仓壁压力。竖向压力除了设备本身和贮料的自重还要考虑贮料对仓体冲击而产生的冲击力，对于皮带运输贮料由于对仓体的冲击力较小，故可以不考虑。水平压力为任意深度处作用于钢仓仓壁单位面积上的受贮料内摩擦角产生的侧向压力。法向压力为竖向压力和水平压力在仓壁法向的投影叠加。

3钢仓的受力特点。

钢仓的由于结构形式布置的不同，它的受力特点也不尽相同。1）无加劲肋的小型漏斗仓，壁板在贮料法向压力作用下双向受弯，并承受相邻斜壁传来的水平拉力和竖向荷载在该壁板产生的斜向拉力。2）有水平加劲肋的钢仓，相邻斜壁传来的水平拉力由水平加劲肋承受，水平加劲肋还要承受壁板传来的法向压力引起的弯矩；壁板在法向压力作用下单项或双向受弯，并承受竖向荷载引起的全部斜向拉力。3）有双向交叉加劲肋的钢仓，可按照主次梁体系计算壁板和垂直加劲肋的弯矩。壁板双向受弯并承受斜向拉力；垂直加劲肋仅承受壁板传来的法向荷载引起的弯矩；水平加劲肋处承受相邻侧壁传来的水平拉力外，还承受壁板和垂直加劲肋传来的法向荷载引起的弯矩。4）钢竖壁：坐式仓的钢竖壁承受贮料水平压力作用下的平面外弯矩和相邻梳篦传来的水平拉力；吊式仓的钢竖壁还将承受下部漏斗传来的竖向拉力，一般吊式仓钢竖壁上方的吊点很密，不考虑梳篦平面内弯曲计算。

本工程属于有双向交叉加劲肋的钢仓。在加劲肋的选取根据贮料荷载大小选取角钢或者工字钢。本工程由于跨度较大，故水平加劲肋选用的是工字钢，竖直加劲肋为扁钢。

4钢仓支撑体系的受力特点

钢仓支撑体系的受力特点很特殊，地震产生破坏的几个重要的不利因素都会出现。第一是，钢仓支撑体系为钢结构，刚度比较柔；第二，整个钢仓的自身大部分的质量由于下部落料的原因距离地面较高；第三，如装车仓下经常由于过车的原因无法增加支撑，从而无法加大下部支撑体系的刚度。

根据这些受力特点，在对钢仓设计的时候。首先，要保证下部的支撑体系的刚度足够大；其次，增加斜撑来增大底部支撑体系的刚度和减小柱子的计算长度。

5结构计算

矩形钢仓的结构计算主要根据仓壁加劲肋的布置情况对仓壁板、加劲肋所承受的拉力弯矩及挠度的计算。对于仓壁板计算主要是根据钢仓侧壁水平及垂直加劲的布置范围，把水平加劲肋和垂直加劲肋视为钢仓仓壁的弹性支点，将仓壁划分为双向板或者单向板，分别对其截面单位宽度上的斜向拉力、弯矩及挠度进行计算。水平加劲肋主要承受法向线荷载和由相邻仓壁引起的水平拉力。竖直加劲肋和竖壁水平加劲肋可以按照简支梁进行计算，漏斗水平加劲肋可以按照封闭框架计算。

钢仓支撑体系的计算，按照正常的钢框架采用STS近行分析计算。对框架体系和柱子的选型尤其注意，要做到结构合理，受力明确。

6构造设计

钢仓的构造是一个不可忽视的环节，构造合理与否之间关系到设计成品的成败。在设计中主要注意一下几个方面：1）加劲肋与钢仓仓壁的连接构造。加劲肋与仓壁应采用双面角焊缝，为了避免连续续施焊产生的焊接应力带来的钢仓整体变形可以采用间断焊，未焊道的地方随后进行补焊。2）钢仓壁板的连接。主要分为仓壁之间的拼接和仓壁和柱子之间的连接。仓壁之间的拼接可以采用破口熔透对接焊缝，对接焊缝应位于1/4板跨处，板跨为两加劲肋之间的距离。仓壁和柱子连接最好采用螺栓连接，这样可以避免焊缝不均带来的应力集中，另外便于安装，加快施工进度。3)仓壁和水平加劲肋、耐磨钢板和仓壁板之间的连接。仓壁和水平肋之间的连接可以采用焊接也可采用螺栓连接。焊接时应注意构件的变形不能过大，而螺栓连接则要注意螺栓孔的位置是否完全对正。耐磨钢板和仓壁之间的连接可以选用沉头螺栓连接或是塞焊连接。

7钢仓的内衬

由于钢仓内壁和漏斗壁为普通钢板，耐磨和耐冲击均不能满足钢仓贮料和卸料的要求。本工程采用的是18mm厚度50Mn板作为耐磨衬层，但是由于50Mn板自身的特性不能采用普通焊条，而采用专用的焊条进行焊接以达到设计的要求。此外还可采用4mm厚的不锈钢内衬或是采用铸石板、微晶板等板材进行防护。不过由于不锈钢板造价较高，铸石板和微晶板容易脱落，笔者不建议使用。

结束语

钢装车仓由于成本的原因，一般比较常用于快速装车站等地方。但是综合以后的经济效益，钢装车仓有着混凝土仓无法替代的优势。本文中提到的这个工程现已安装完毕，由于钢仓自身有着施工快效果好的优势，在这个工程中得到了业主和施工单位的充分肯定。

作者简介：梁庞，男，1980年9月生，北京华宇工程有限公司，工程师。