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1、从筒仓水平配筋看中美规范差异 祁勇军 孙广沧 陈龙 （合肥水泥研究设计院）【摘要】 介绍了在同等条件下中美规范的筒仓仓璧水平筋的计算方法，在同等条件与要求下指出了他们之间的不同之处，另外重点强调了美国规范中对温度的考虑并介绍了美国规范中裂缝的计算方法。【关键词】 裂缝 计算高度 温度 应力近几年来 ，我院越来越多地承接了国外尤其是中东地区的水泥生产线的设计与总承包任务，这些项目规模大（都是5000t/d及其以上），一般都建在偏远地区，地址条件复杂，要求高，难度大。这些国家的业主一般要求我们满足欧美规范的设计要求，并且有专业的咨询公司对此进行审核。因此，认真研究欧美规范，比较中国和欧美规范的相同
2、之处与差异，尽量寻求符合国外业主的设计方案，不但可以减少我们大量的工作量，对于整个院设计水平的提高也有很大的帮助作用，最重要的是可以节约投资成本，缩减工期。这尤其是对工程总承包的项目具有重要意义。为此，我们选择了在水泥生产线中极具代表性的建筑筒仓为例，来试着对中美规范的差异作一比较，希望能对我们今后的设计有所帮助。一 、筒仓概述1筒仓概念：所谓筒仓一般是指贮存散料的直立容器，是贮存松散的粒状或小块状原材料或燃料（如谷类、水泥、砂子、矿石、煤及化工原料）的贮藏结构，在我们水泥生产中主要贮存的是铁矿石，石膏，水泥等；可作为生产企业调节、运转和贮存物料的设施，也可最为贮存散料的仓库。随着生产线规模的
3、越来越大，筒仓也向着大容量，轻型结构，多功能、电气化、自动化的方向发展。2筒仓分类：筒仓按其结构计算方法可分浅仓与深仓两大类，当仓壁计算高度与圆形筒仓或矩形筒仓短变之比大于等于1.5时为深仓，小于1.5时为浅仓；筒仓按所用材料的不同，可分为钢筋混凝土筒仓、金属筒仓与砌体筒仓。【1】本文就以常见的贮料圆筒钢筋混凝土深仓 水泥仓来举例，主要比较中美规范水平配筋的差异。二、筒仓荷载与计算水泥仓的设计参数使用美国规范的参数规定：容重：=16KN/m，内摩擦角：=25，摩擦系数：=0.466,库直径：18m，内外库壁厚均为400mm。裂缝控制要求为0.2mm。使用建筑材料参数：混凝土强度等级：C35，f
4、=35N/mm，f=16.7N/mm,f=1.57N/mm,钢筋：HRB400，f=fy=360N/mm。本例中水泥仓的模型如下图（1）所示：（图1）21计算前需要说明的两个重要参数差异：差异1首先谈一下中美规范的筒仓的计算高度的区别：中国规范对于这种形式的筒仓规定为上端取至贮料重心标高下端至仓底的顶标高，即上图所示的H1，为52.00014.000-2.80035.2m，而美国规范为上图所示的H ，即52.00023.5580.52.80025.142m.，其中0.5m为考虑水泥库顶梁板所需折合厚度（这个折减厚度随着各种材料的不同而不一样，具体可见美国规范与咨询公司文件，如生料均化库为100
5、0mm） ，2.800m为内摩擦角所形成的三角形的重心位置的尺寸。差异2 . 算仓璧配筋的重要参数Cd：中国与美国筒仓规范水平压力修正系数Cd如下图2所示：图2其中：在中国规范中，当H1/D大于3时，Cd应乘以系数1.1；对于流动性能较差的散料，Cd值应乘以系数0.9。【2】（表1）2.2计算水平配筋： 中国与美国的筒仓水平配筋计算的原理相同，即作为轴心受拉构件，满足正常使用极限状态为设计标准，首先以满足强度试算，然后带入裂缝计算公式进行验核； 2.2.1中国规范的水平筋计算： 1.仓壁水平环向拉力计算筒仓的的水平力ph用下式来表示:Ph=Cd1-e （1.1.1）式中 k为侧压力系数，u为贮
6、料与仓璧的磨察系数，e为自然对数的底，计算标高，p为水力半径，为容重，Cd为水平压力修正系数。 k=tan2(45-p/2) ， h=D/4 水平拉力为 Nhs = ph D / 2 ( 1.1.2 )计算裂缝的公式依据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）中8.1.2条的规定，对于按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度(mm)可按下列公式计算：max= crsk (1.9c+0.08deq/te)/Es ( 1.1.3-1)=1.1-0.65ftk/(tesk ) ( 1.1.3-2)deq=/ ( 1.1.3-3)Pte=( As+ Ap)/ Ate ( 1.1.3-
7、4)式中：cr-构件受力特征系数，对于轴心受拉杆件为2.7；sk-按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力或预应力混凝土构件纵向受拉钢筋的等效应力，按混凝土结构设计规范第8.1.3条计算（限于篇幅，本文未摘录）；Es-钢筋弹性模量；c-最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离(mm):当c65时，取c=65;te-按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；在最大裂缝宽度计算中，当te0.01时，取te=0.01；Ate-有效受拉混凝土截面面积：对轴心受拉构件，取构件截面面积；对受弯、偏心受压和偏心受拉构件，取Ate=0.5bh+(bf-b)hf,此处，bf、hf为受
8、拉翼缘的宽度、高度；As-受拉区纵向非预应力钢筋截面面积；Ap-受拉区纵向预应力钢筋截面面积；deq-受拉区纵向钢筋的等效直径(mm);di-受拉区第i种纵向钢筋的公称直径(mm);ni-受拉区第i种纵向钢筋的根数；vi-受拉区第i种纵向钢筋的相对粘结特性系数。【3】通过上面的公式，根据要求裂缝不超过0.2mm,采用里外双层同直径同间距配筋方案，y1以上至库顶部分采用构造配筋，我们计算得到的配筋如表2所示：y1（m）C(修正系数)PhKN/mNhsKN/mA（强度计算配筋）mm/mA （实际 配筋）mm/mf（实际 应力）N/mm（实际 裂缝）0.0000.00 0.000.0002011(1
9、6200) -8.894 1.76 84.72762.3227543830(16105)199.030.19013.081 2.00 130.771176.3342477602(22100) 154.740.19217.268 2.00 159.541435.8651839817(25100) 146.260.19221.455 2.00 183.671653.03596711550(2585) 143.120.18425.642 2.00 203.841834.56662512963(2895) 141.520.19035.200 2.00 238.622147.58775514488(28
10、85) 148.230.198 (表 2) 2.2.1美国规范的水平筋计算：筒仓的的水平力Py（未修正前）用下式来表示:Py=Cd1-e （1.1.4）k=tan2(45-p/2) ， h=D/4水平拉力为 HOOP = Py D / 2 需要指出的是，在美国规范中，规定钢筋的应力不能超过0.5fy=180N/mm2。计算裂缝的公式依据美国混凝土筒仓规范（ACI313-97）中的规定，对于按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度(mm)可按下列公式计算 :=-+ （1.1.51）=，=A （1.1.52）(for short term)=1-0.7,但不小于0.3， （1.1.54
11、）这为短期作用值，Fst与Ftot与分别为修正前与修正后的此处的水平应力的标准值。 (for long term)=1-0.35，但不小于0.65， （1.1.55）这为长期作用值。式中为0 .7 , A 为面积，ftk为混凝土拉力标准值为2.2N/mm2。为理解该公式，我们用假设的双层HRB400 2290来举例来说明该公式的应用，标高为锥顶25.142m。A=0.41=0.4m,=0.7.=100023.1422=1535mm=1.535m，其中90为间距，22为钢筋直径，2表示双层 ，3.14为圆周率，=0.40.7/1.535=0.182m=182mm此处修正系数为1.65 ，算得修正
12、前后的水平应力标准值分别为100.77 N/mm2与166.27 N/mm2，修正前后的环向拉力分别为906.93N/mm与1496.44N/mm。(for short term,for F) =1-0.7=10.3290.671，(for short term,for F)=1-0.7=10.5430.457,(for long term,for F)=1-0.35=1-0.303=0.728，Es=2.010N/mm,f(st)= 906.441000/8477107.4N/mm，f(tot)=1496.441000/8477=177.1 N/mm。=0.671182.4177.1/210
13、=0.108mm =0.457182.4107.4/2.010=0.045mm.4/2.010=0.728182.4107=0.071mm=-+=0.108-0.045+0.071=0.135mm依据上面的公式.经过计算得结果如表3所示，对于减压锥部分，取与锥顶相同配筋,对于顶上3.3米高度配筋，取与水力半径处相同配筋：y2m py(st)K KN/m C (修正系数)Xip(des)KN/mHoop(des)KN/mA计算配筋mm/mA 实际 配筋mm/mf(des)N/mmf(st)N /mm0.0000.000.000.0000.000016200_-8.39445.89 1.3562.00557.97 3100
