散装粮食楼房仓有限元分析
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摘 要：以六层散装粮食楼房仓为研究对象，深入探讨散装粮食楼房仓结构形式，认为应用框架结构井字楼盖较为合理；通过数值计算，给出散装粮食楼房仓结构及构件的受力特性，为散装粮食楼房仓结构设计及经济分析提供参考。
关键词：楼房仓 结构形式 数值模拟
中图分类号：O241
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）008-069-02
1 引言
散装粮食楼房仓是一种新仓型，综合了平房仓与立筒仓的优点，节约土地，空气流畅，隔热效果良好，机械化程度高等。并且散装楼房仓符合国家一直倡导的“四散”储粮要求，可解决当前粮仓建设存在的诸多问题，在我国有广阔发展前景。然而由于粮食荷载较大，楼房仓构件尺寸大，造价较高，因而对楼房仓进行受力分析、掌握楼房仓的受力特点尤其重要。
2 工程概况
本文以天津市利达粮食现代物流中心扩建工程为研究背景，场地土为中软土，该场地为III类场地。抗震设防烈度为7度。设计基本地震加速度为0.15g，地震设计为第一组。属于建筑抗震不利地段。建筑平面尺寸54m·6m，共6层；底层层高为11m、其余层高为8m；装粮高度：底层8米，其它层5米。储粮品种：按小麦计算，容重为8kN/m3。
2.1 结构形式
可用于散装粮楼房仓的结构形式主要有框架、框架—剪力、板柱—剪力墙结构，这三种结构各有优缺点及适用范围。楼房仓竖向粮食荷载较大，仓壁承受较大的水平力。然而，抗震墙结构的墙壁同时承受平面内和垂直平面的力的计算理论还不成熟，不能精确计算出剪力墙的受力；楼板荷载较大，无梁楼盖柱帽承受的剪力较大，不容易处理，楼房仓现在还没有采用框架-剪力墙和板柱剪力墙结构，故本文采用框架结构。
2.2 楼盖形式
单向板肋梁楼盖上部的荷载主要有一个方向的主梁承担，另一方向的主梁受力较小，由于楼板上荷载较大，故受力不太合理；双向板肋梁楼盖每个柱格间由一块板承担，板的厚度较厚，造成混凝土的浪费；井字楼盖的荷载由井字梁传给两个方向的主梁，受力较均匀；密肋楼盖有较多的网格组成，施工较井字楼盖复杂；无梁楼盖每个柱格由一块板组成，楼板较厚，混凝土用量较多，楼盖与柱子靠柱帽连接，整体性较差，抗震性能差。综上所述，楼房仓一般选用井字楼盖。
2.3 仓壁形式
仓壁选择在柱子间增设钢筋混凝土联系梁，联系梁的间距为上疏下密。荷载由仓壁传给连梁，再由连梁传给柱子。
2.4 柱子截面形式
本楼房仓采用钢筋混凝土矩形截面柱，由于楼房仓结构荷载较大，因此柱子的截面较大，为了节省材料，将柱子设成变截面柱。一层为一截面、二三层为同一截面、四五六层为同一截面。为了美观及便于装粮边柱采用外对起，中柱采用居中对齐；边主梁选择与柱子内对齐，中间主梁采用居中对齐。
3 数值计算分析
3.1 模型建立
楼房仓模型的仓壁、楼板采用厚板单元，梁和柱采用的是梁单元。在此模型建立中，未考虑基础的扭转作用，按将柱子与基础固接处理，仓壁与梁和柱子刚接。本楼房仓模型的荷载主要有结构重力、粮食活荷载。
3.2 楼房仓整体分析
楼房仓的整体变形见图1，从图1中我们可以看出，楼房仓的仓壁向外弯曲，产生了空鼓现象，在楼层处受梁和板的约束作用位移较小，顶层仓壁的变形比下部略有减小，底层仓壁变形最大：楼房仓顶板产生向下的位移，顶板中间部位产生比较大的挠度。楼房仓的整体应力见图2，从图2中可以看出楼层处的应力较大，在柱子与楼层的连接处出现了最大值，底层的应力要大于上部各层的应力，在连梁处的应力较大， 屋顶中间部分的应力要大于边缘部位。
3.3 仓壁沿高度方向上的应力
仓壁应力从上到下逐渐增大，粮食顶面的应力最小，几乎为零，仓壁底部应力达到最大，产生主要原因是，砌体与连梁看成固结整体考虑。顶层堆粮高度低，应力值小于底层。
3.4 仓壁沿高度方向上的位移
仓壁变形总体趋势是在水平方向的位移两端较小，中间较大。底层仓壁底部按固定端，位移为0，在仓壁顶端位移为0.0185mm，在标高5.6m(第四道连梁处)处变形最大，位移值为0.2201mm，在第二道连梁处出现了位移较小的现象，应该是此连梁配筋较大，刚度增大引起的。顶层仓壁的变形明显小于底层。
3.5 柱子的受力变形结果分析
(1)柱子弯矩。柱子承受楼房仓仓壁和连梁传递的侧向压力，同时柱子承受上部结构和自重传递过来的竖向力。在水平力作用下柱子会产生水平侧移。在满仓堆载粮食作用下，边柱受到较大的弯矩，而中柱受到的弯矩很小，底层堆粮高，弯矩最大。在每层连梁处弯矩出现了拐点，这是由于水平连梁传递较大水平作用力作用的结果。
(2)柱子的位移。边柱受到粮食水平力的作用产生水平弯曲，底层柱受到水平力较大变形较大，每层柱子的上下两端变形较小。2～6层柱子在距楼面1m处产生了反向弯曲，再向上又变回向外侧弯曲，这应该是楼层对柱子约束以及柱子的扭转变形作用产生的。
3.6 主梁的受力变形分析
(1)弯矩。在粮食荷载作用下，主梁的弯矩不在跨中，而在中间支座处，边梁边支座上部弯矩最大，支座处的弯矩相当于跨中的2倍。顶层荷载比较小，框架梁的弯矩更小。
(2)主梁挠度。主梁挠度跨中最大，边跨挠度小于中间跨。最大挠度值为2.1mm，小于规范规定的限制24mm(1/250L)。
4 结论
(1)楼房仓的整体变形中，楼房仓的仓壁向外弯曲，产生了空鼓现象，在楼层处受梁和板的约束作用位移较小，顶层仓壁的变形比下部略有减小，底层仓壁变形最大，楼房仓顶板产生向下的位移，顶板中间部位产生比较大的挠度。楼房仓的整体应力，在柱子与楼层的连接处出现了最大值，底层的应力要大于上部各层的应力。
(2)楼房仓仓壁的应力从上到下逐渐变大，仓壁低端应力最大；仓壁的位移大致呈抛物线形，上下端位移最小，由于受到连梁的作用，一般在某个连梁处出现最大的位移。
(3)在粮食荷载单独作用下，边柱的弯矩和位移较大，中间柱子的较小几乎为零。
参考文献：
[1] 王振清,等.粮仓建筑与结构[M].北京:中国商业出版社,1992.
[2] 粮食平房仓设计规范 GB 50320-2001[S].北京:中国建筑工业出版社出版,2001.
[3] 王振清,等.一种仓壁内设置有联系梁的散装粮食楼房仓[P].中国专利:ZL200920276152.9.
[4] 梁醒培,王辉.应用有限元分析[M].北京:清华大学出版社,2010.
[5] 混凝土结构设计规范 GB50010-2010[S].北京:中国建筑工业出版社出版,2010.