3.1 一般规定

    筒仓贮料作用力的计算，世界各国的筒仓规范大多数釆用Janssen理论。其贮料作用于仓壁任意高度处，单位面积上水平压力的变化为曲线，如图1所示。

    由图1可以看出，在侧壁围成的有限空间中，散体物料对侧壁的作用与在无限长壁上的作用特性完全不同。后者属于散体力学的平面问题，可按平面挡墙计算，如槽仓或小型矩形浅仓。但筒仓的受力状态，即使对于槽仓或小型矩形浅仓，无疑也是属于散体力学有限空间理论的范畴，釆用库仑或兰金理论进行计算，也是一种简化方法，但可以符合工程设计的要求。

    有些国家（如美国）的筒仓规范，计算贮料的作用时，从来不分深、浅仓，完全按Janssen公式计算仓壁任意高度处的贮料压力。按散体力学的原理，物料在仓壁上的作用也没有深、浅仓之分。实践表明，工程设计不能脱离理论，但又不完全等于纯理论。在不违背以上原则并确保结构安全且便于计算钢筋用量及配置的前提下，将筒仓划分为深仓和浅仓，是完全必要的，也是可行的。各国对深仓、浅仓的划分方法通常有：

    (1)按平面为圆形的筒仓仓壁的高度与其直径之比或平面为矩形的筒仓的仓壁高度与其短边之比来划分。根据国内近年来广大设计者对原规范深仓、浅仓的划分提出的建议，按散体物料在有限空间中对筒仓作用力的分析，参考欧标(Eurocode)及其他国外筒仓设计规范，修订为：h_n/b_n小于或等于0.4为矩形浅仓，h_n/b_n大于0.4小于或等于1.0为圆形浅仓。h_n/b_n大于1.0且小于1.5的圆形筒仓及h_n/b_n大于0.4且小于1.5的矩形筒仓，是介于浅仓及深仓之间仓型，由于所储物料的物理力学参数不同，若按本标准的计算方法，物料对筒仓的作用力，在某些情况下，按浅仓计算对结构的安全有利，在另一些条件下可能按深仓计算有利，为此遇到这类仓型时，可能得出完全不同的结果。筒仓工程设计以保证工程绝对安全为终极目标，故对于这种仓型的筒仓，应釆用两种计算结果中的最大值。

    对于h_n/b_n小于0.4且底部为固定端的圆形筒仓，贮料对仓壁的作用与挡墙或小型矩形浅仓的作用无异。但仓壁的基础对仓壁无约束作用时，筒仓设计则可能以环向应力为控制值。

    对于h_n/b_n大于0.4的矩形筒仓，可按贮料的破裂面划分深仓及浅仓。

    无论哪一种划分方法，总有一个突变界面，总要由贮料压力的不连续函数代替连续函数，在其临界点处，仓壁压力的计算值总会发生突变，因此只能取其计算的不利值，作为深仓或浅仓物料压力的设计值。

    (2)另一种划分方法，是按贮料的破裂面来划分，当贮料破裂面与贮料顶面相交时为浅仓，贮料破裂面与仓壁相交时为深仓(图2)。

        式中：θ——贮料破裂角；

            φ——贮料内摩擦角。

    对于小型筒仓及大型圆形浅仓，选择破裂面的划分方法更为简便，但设计者应考虑到破裂面可能有不同的起始点，从漏斗的顶部或底部作为起始点会有不同的结果，对小型筒仓可按图2的规定进行计算。仓壁落地的大型圆形浅仓只能从仓壁与底板的交接处作为起始点。

    综上所述，本标准釆用的划分方法可以满足上述压力的分布原则，与其他的方法相比更为简便，同时也能满足筒仓设计的需要。多年来我国的实践表明，选择第一种划分法是适宜的。本次修订只对限定条件的具体数值做了调整，深仓、浅仓的划分原则没有改变。

    本标准系根据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153和《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的基本原则编制的。根据这两个标准，本标准制定了第3.1.1条～第3.1.5条的规定。一般情况下，钢筋混凝土筒仓不作为临时建筑，也不是容易更换的建筑结构。筒仓具有不同物料储、装、运的使用功能，设计使用年限及相应的设计基准期均为50年。50年的使用年限是与我国现行相关标准的规定相一致的，也是根据我国现有的技术条件（材料特性、材料的各种计算参数及施工质量等综合技术指标协调后）确定的。50年的使用年限系指设计者必须承担的法定技术负责的年限，超过50年的有效期后，不管工程出现任何问题，设计者将不再承担设计责任。钢筋混凝土筒仓并非是只要超过50年，结构就会立即破坏或倒塌。也就是说，使用50年后，只要未遭到不可抗拒的自然及人为地破坏，筒仓仍可能具有继续使用的价值和能力。但当其储存与原设计不同的贮料或改变原筒仓的设计使用功能时，就必须确定继续使用的技术条件和新的执行标准，并经有资质的鉴定单位进行必要的鉴定认可后方能继续使用。否则会因使用条件及设计基准期的改变造成工程事故，严重者使其破坏或倒塌；本标准为国家钢筋混凝土筒仓设计的通用标准，并非某行业的行业标准，其适用范围在总则第1.0.2条中有明确限定。50年的设计使用年限，也可能不满足个别行业、个别工程的要求，但本标准必须符合我国建设标准的统一性，对使用年限超过50年的筒仓，设计者可按特殊工程处理；筒仓结构在工业建筑中，不是一个孤立的构筑物，是工业企业贮运系统的一部分，贮存原料及成品的筒仓，其结构的破坏有可能给整个工业生产带来严重的后果。按照现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008第A.1.1条的规定，筒仓的安全等级不应低于二级。用于对国计民生有严重影响的工业企业的筒仓，可根据具体情况调整其工程设计的安全等级，但也不应低于二级。筒仓结构通常都与其他生产工艺的工业建筑组合或连接在一起。不管所连建筑的等级如何，筒仓设计仍按本条规定的等级执行。

3.1.3  生命线工程(lifeline engineering)系指维持城市生存功能系统和国计民生有重大影响的工程。包括供水、排水、电力、燃气及石油管线等能源供给系统的工程；电话、广播电视及情报通讯系统的工程；大型医疗、公路、铁路交通系统的重要工程等。筒仓作为单独构筑物不能算作生命线工程，但会是生命线工程系统中重要环节的组成部分，其工程质量的优劣能严重影响生命线工程的运行。如与人们生活密切相关的大型供热、热电联产工程等。为确保其在各种灾害出现时满足安全运行的要求，必须建造大型储煤筒仓，目前这种筒仓的最大直径已达一百多米。这种大型圆形浅仓贮料的重力荷载是由地基直接承受的，其对地基条件重要性的要求不亚于对其仓壁承载能力的要求。现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第3.0.2条、《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025-2004第6.1.1条对设计等级为甲、乙级建筑物的地基，均有不同的明确规定。因此上述影响生命线工程中筒仓的地基设计，应比非生命线工程的筒仓地基提高一级，这也是本标准制定本条规定必须遵守的原则和依据。

3.1.4  筒仓的贮料不应包括易爆物料，筒仓的爆炸源主要是易爆气体及粉尘，当其浓度到达起爆条件时便会产生爆炸。因此，贮料工艺设计应釆取必要的防尘、通风设施。在此条件下，对不可控的有害气体、粉尘易爆的危害性及对筒仓结构设计的要求，应由相关工艺设计专业提供。筒仓必须釆取防爆、泄爆措施时，可按工艺专业提供的泄爆要求在仓壁的顶部开洞，洞口宜釆用易破裂的材料封闭，以便在爆炸产生时能及时泄爆，使爆炸能量得到释放，从而减少爆炸对结构的破坏作用。除发生爆炸频繁的筒仓外，对发生爆炸概率很小的筒仓，筒仓设计完全没有必要按爆炸力的大小计算筒仓承载力，若工艺专业所提供的爆炸力不准确，反而给工程带来隐患或浪费。设计提前设置好泄爆设施，比没有把握的计算更可靠；有些地区的煤仓，由于卸料不通畅，竟釆用雷管在仓内进行爆破，致使仓壁破裂或倒塌。这种粗放的管理也是筒仓爆炸的原因之一，应该绝对避免。为了避免以上原因造成的工程损坏及人员的伤亡，本条作为强制性条文，必须严格执行。

3.1.5  建筑物防雷保护按年平均雷暴日的大小和建筑物的高度划分为三类。筒仓的贮料种类繁多，特性复杂，不同地区的雷暴日各不相同，且差异很大，过细的定量分类很难确定。为此本条规定，存储具有粉尘、含毒害气体及其他易爆贮料且具有爆炸危险的筒仓，其防雷保护不应低于二类，其他筒仓可按三类防雷保护设计。

    圆形筒仓施工时，由于沿筒仓仓壁圆周布置的纵向受力钢筋外形相同或相似，釆用筒仓受力钢筋作为避雷引下线时，在混凝土分层浇注后，无法再找到原已施焊的钢筋继续施焊。未施焊的钢筋在混凝土振捣过程中极易错位，利用错位不连续施焊的钢筋作避雷引下线无法保证良好的导电性。众所周知，钢筋混凝土通常被认为是耐久性良好，是重要建筑结构必用的重要材料之一，其耐久性有时甚至超过了钢结构。但很多钢筋混凝土建筑结构在远没有达到设计使用年限之前就开始破坏了，混凝土结构破坏后的修复比钢结构还要困难。原国家建委组织的对重庆、南京、无锡等地一些使用三十多年的建筑物调查表明，C18混凝土碳化深度一般达20mm～50mm。有些工程使用3年～7年后，C38混凝土碳化深度达10mm，C28达15mm，C18达25mm。1995年～1998年间，煤炭系统对全国煤矿44项50年代～80年代后期建成的工程调查表明，碳化厚度为10mm～73mm。设计界以往釆用的办法是加厚钢筋的保护层，然而混凝土的碳化主要是在外因条件影响下，内部发生变化造成的。混凝土碳化前，初始的pH值一般大于12，呈弱碱性，混凝土中所有化学反应都是带电离子的电化反应，钢筋表面会形成一种稳定、致密钝化的保护膜（难溶于水的Fe₂O₃和Fe₃O₄），可有效抑制电位差造成的电化学反应。当将钢筋焊接连通作为避雷引下线后，将形成电子通路，避雷引下线（导线）中的电流将改变钢筋钝化膜的电位差，无疑将会加速电化学反应。混凝土的不均匀性，成千上万相互贯通的微细孔隙，造成CO₂和SO₂等酸性气体或酸性软水如酸雨等进入混凝土内，与混凝土内的空隙溶液氢氧化钙[Ca(OH)₂]发生化学反应，生成中性的盐和水，方程如下：

CO₂＋Ca(OH)₂→CaCO₃↓＋H₂O

SO₂＋Ca(OH)₂→CaCO₃↓＋H₂O

    当弱碱性的pH值降到临界值后，钢筋表面的钝化膜将消失，钢筋开始锈蚀、膨胀，致使保护层脱落，达到一定程度后，使结构承载能力退化直至失效，甚至造成筒仓的崩裂、破坏和倒塌，从而大大缩短结构的使用年限。

    混凝土碳化理论的研究表明，虽然碳化后可以提高混凝土的抗压强度，但直接利用结构的受力钢筋作为避雷引下线，又是促使混凝土碳化的重要原因之一。故本标准规定，严禁使用受力钢筋作为避雷引下线，并作为强制性规定。筒仓避雷设计可釆用外置专用引下线的传统做法，引下线的预埋件不应与仓内的钢筋连接。本条第1款、第2款和第3款为强制性条款，必须严格执行。本条规定与其他标准规范有矛盾时，筒仓设计应按本标准执行。

3.1.6  实践表明，在仓壁内、外增加抹面，容易掩盖混凝土的施工缺陷，影响工程质量的验收。抹面往往不能与仓壁混凝土牢固连接，脱落后不易发现且不易修复。这种面层对混凝土也不能起到有效的保护作用，而且还会给施工带来麻烦，没有特殊的理由，不应再设抹面层。

3.1.7  为了提高混凝土早期强度、钢筋防锈及防止混凝土碳化后严重影响混凝土结构设计使用年限等原因，掺入混凝土的各种添加剂及涂层的使用必须符合环保要求，对于食品工业使用的筒仓尤为重要。筒仓结构设计者若需要在混凝土内加入添加剂或涂料时，除应保证不影响筒仓设计使用年限外，还应得到相关工艺专业的认可。本条为强制性条文，必须严格执行。

3.1.9  筒仓与一般建筑结构相比，通常荷载大且比较集中，在软弱地基上筒仓沉降较大。与相邻建构筑物的沉降差，设计时应根据荷载及地基参数严格控制。投产后应将按本标准第3.1.11条的要求设置的观测点的实测资料与设计值进行比较，以便釆取措施控制变形。所谓防止不均匀沉降的措施，主要是指两个方面的措施，一个措施是预留沉降缝，另一个措施是对两个建（构）筑物之间的连接结构釆用简支结构或悬臂结构，使之适应因地基变形对其产生的影响，或增加地基处理措施，减少或控制地基的不均匀变形。

3.1.10  一般工程地质钻探深度，除特殊要求外，通常只涉及地表以下30m左右地质特性；在我国广大矿区及西南地区，经常会遇到釆空区及各种溶洞等地质特征，这些溶洞及釆空区的深度往往超过一般工程地质控制的范围。因此在筒仓工程的选址时，除必须了解基础的地基持力层及下卧层之外，还应特别注意其下层包括古墓、古河道等有害地质。这些地质的稳定与否并不完全取决于地表工程的附加荷载，经常是自身的地质构造在其自然环境改变时造成的局部或大面积塌陷，由此将严重影响甚至造成地面建筑物的损坏和倒塌。在我国由此出现的工程事故屡见不鲜，这是筒仓工程设计者不应忽视的问题。

3.1.11  一般情况下，筒仓工程都是工业建筑的特种构筑物，结构设计必须控制筒仓的变形，不能影响投产后的使用。为了监测、控制投产后的实际变形或沉降，应设沉降观测点。群仓及仓群各组群的沉降观测点应单独设置。

3.1.12  《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010第4.2.1条第1款规定，提倡釆用高强、高性能钢筋。在构件按承载能力极限状态控制配筋时，采用HRB400、HRB500可发挥高强钢筋的高性能作用，从而减少用量。但对于按正常使用极限状态控制配筋时，高强、高性能钢筋并不能起到应有的作用。如对某构件的裂缝控制在0.213mm时，要配置5根直径φ22的HRB335或HRB400钢筋。并不能因为配置了高强、高性能的HRB400钢筋而减少钢筋的用量，反而由于釆用高强钢筋增加了工程造价。因此在筒仓设计中，若按正常使用极限状态控制配筋时，不宜使用HRB400、HRB500钢筋，要根据构件的使用功能选择钢筋。