均化庫

圖2所示的兩種形式的筒庫有些差異，這取決於操作者的需要。 對於大直徑的筒庫，建議對庫壁在水平方向進行預加應力。 這種建築方法的一個優點是，對圓錐的施工可保護其不受風和氣候的影響。

在水泥生產過程中，為了保證生產工藝的順利進行，對鬆散物料，如：破碎的石灰石、水泥生料、水泥熟料，不同品種的水泥和混合材（粉煤灰，粒化高爐礦渣）等進行貯存是有必要的，而且貯量也很大。對於粉狀鬆散物料，如水泥生料，水泥成品、粉煤和粉磨礦渣等幾乎全用筒庫貯。這種為類型的筒庫，配有充氣底板，並且可以進行自動操作。而水泥熟料的儲存卻與上述種種不盡相同，因為水泥熟通常需要大量的貯存，以便提供充足的儲備。熟料露天貯存在過去很常見，但現在因環保方面的特殊要求，不再允許露天堆放熟料。這是因為在運輸過程中不可避免地會產生大量的粉塵，而且操作場地也不夠理想。近年來，為了貯存熟料，普遍採用增加大貯庫或圓型堆場的數量。它們都是採取自然排空，沒有排放，這是因為所貯存和卸出的物料是乾燥的和鬆散的。圓形貯庫在靜態設計方面段於其他類型的貯庫，現在，只有在特殊情況下才建造條形貯庫。圖1為水泥廠中採用的不同規格的筒庫。
經過破碎的石灰石既可貯存於條件貯庫中，也可貯存在圓筒庫中。這此貯庫均設有頂蓋，用於保證物料的質量，並可以通過卸料設備將貯庫放空。
總之，貯庫可用鋼筋混凝土或預應力混凝土建造，也可以採用鋼結構。本文只涉及適用於貯存粉狀鬆散物料的懸臂圓柱形筒庫。
用於貯存粉狀鬆散物料的具有中心圓錐的懸臂圓柱形筒庫
2.1 結構描述
用於貯存粉狀鬆散物料的懸臂圓柱形筒庫，是貯庫中最常見的建築形式，它可以單個建造或組合排列，這種形式的貯庫通常包括：庫頂板，用於放置餵料設備：筒倉，用於貯存鬆散物料；庫底板，在它的下面（高於或低於地平面）設有庫底卸料裝置，輸送設備和稱量設備；最後是庫的基礎。
不同規格的懸臂圓柱形筒庫在文獻[1]中有詳細報導。最近17年來所建造的用於貯存鬆散物料的筒庫，其尺寸範圍大體可規定如下：內部有效直徑10-18m，特殊情況下可達 30,總建築高度在30-60m之間。
筒倉的頂蓋和屋頂可建造成圓形預製蓋板或現澆鋼盤混凝土結構（柱、蓋板），這取決於庫的直徑和所採用的建築方法。
過去經常採用水平的庫底板結構形式，而現在除了特殊情況極少採用。因為這種庫底板形式在卸料過程中會引發許多問題。現在通常將庫底板建成中心為垂直圓錐或斜錐形，因錐形可對物料層自重產生的壓力起到鬆散緩解的作用，充當一促進物料橫向滑動的裝置，有助於粉狀的有流態化的鬆散物料的卸出。通過橫向和圓周方向構築一圈傾斜的混凝土構件，使圓錐和和庫壁之間形成一個過渡界面，有利於卸庫。此外在圓環上配圖示輸送鬆散物料的充氣槽（幫助卸料），首先是在圓周方向，然後通過圓錐壁上的氣孔，導向庫中心。由於這種圓環的表面相對較窄，因而也就降低了安裝充氣槽的費用。圓錐以台階狀支撐在筒庫壁上，沒有任何附加的連續點。因此，具備靜態穩定的的優點，除了在支撐表面產生一些彎曲應力外，這種形式的三維承載結構所產生的唯一應力就是徑向和環向上的壓應力。因圓錐橫跨整個庫的底表面，中間沒有其他支撐，所以圓錐下面的空間恰好用於安裝卸料設備和其他機械設備，如除塵過濾器、鼓風機、計量和裝載設備。地中衡地坑，也可以安裝袋裝水泥的包裝設備。圖2所示的兩種形式的筒庫有些差異，這取決於操作者的需要。
—架高的圓錐和通道，以便卡車或鐵路裝開車的筒庫（正常情況）
—圓錐直接放在基礎上的筒庫。
庫壁下部的區域承受全部的荷載，也就是說庫的淨重和鬆散物料的重量，通過庫壁傳遞到基礎上。而基礎又取決於土層的狀況，或是一個環形基礎，或是在大直徑鑽孔灌注樁上建造的條形基礎來構成。這種基礎的設計尤其適合力的均勻分布。從設計的角度上講，環形基礎需要很少的混凝土和鋼筋用量，這取決於地基的承載力。筒庫的基礎設計應儘量避免採用整極基礎，因為結構自身產生的載荷通過庫壁傳遞下來，而整個受彎曲力的板基礎，卻必須設計成整個基礎都要承受這一荷載，因此，這樣的設計尤為不經濟。通常地基的承載力較低，條形基礎必須坐在樁基上。如若可能，儘量採用排形布樁，從而避免荷載的不均勻分布所產生的彎曲就力分量。採用大直徑鑽孔灌注樁，通常不會駢生任何問題。圖2展示了帶中心圓錐筒庫的基本結構原理。筒庫的主要組成部分是庫壁，它由圓柱形殼體構成，承受水平荷載以及筒倉中鬆散物料產生的縱向摩擦荷載，並將全部載荷傳遞給基礎。據文獻[1]報導，從設計的觀點上看，筒倉區域庫壁的厚庫（充氣的混凝土覆蓋內外兩側，筒型內外兩層都有配筋，對滑模施工和混凝土壓實有足夠的空間）不應低於25cm，最好不少於30cm。這一庫壁對非張拉鋼筋筒壁，且內徑不超過19.0m的筒庫而言，是沒有任何問題的。對於大直徑的筒庫，建議對庫壁在水平方向進行預加應力。在這種情況下，由於增加了預應力鋼筋束，壁厚應該增加到 35cm或更大一些。圓錐基礎下部的庫壁大約為60-70cm。特別值得注意的是，對於壁厚25cm的帶圓錐的筒庫，必須有足夠的支撐斷面，筒壁上沒有非常大的洞，以便通道自身能夠承受垂荷載，只要注意上述這此，就不會有什麼問題了。對於滑模施工而言庫，庫壁的局部加厚並不理想。
2．2 建造
庫壁幾乎全都採用滑模施工，而骨模施工又有許多不同的方法。庫壁可以在單一通道上從基礎的表面一直至庫頂進行滑模施工。在圓錐的支撐處，因庫壁厚度有變化，需重新制模，但這可以通過安裝預製模板而在幾個小時內完成，因此滑模施工不會受到太大的干擾。圓錐是後施工的，由於材料必須運到庫壁上—這就增加了費用，但這對於現代化的快速移動起吊設備而言，並不重要。這種建築方法的一個優點是，對圓錐的施工可保護其不受風和氣候的影響。另一種建築方法是按上述提供的方法進行滑模施工。但在圓錐的頂部會干擾施工。這種建築模式對建造多倉庫尤其重要。如果庫壁底端到圓錐支撐點間的高差並不太大，那么可通過現澆混凝土結構進行預製，通常只作到與圓錐底部的結合處，這以上的庫壁可繼續採用滑模施工。
圓錐可用兩種方工建造。一種是傳統的支模方法，利用腳手架進行現澆混凝土施工。這種方法有很多缺點。對錐體表面現場支撐很費力，且花費大。還有一個問題是，錐體與水平的夾角，比如說60°，是需要頂部支模呢，還是發裝可替代模板肋型膨脹金屬就行呢？兩種方法花費都較大。另外搭腳手架也是一筆開支，特別是對架高的錐，會增加腳手架高度，這此都是必須要考慮到的。但值得一提的是，在市場上有自支撐模板系統，使得這個問題可以很經濟地得以解決，條件是物體的幾何形狀必須與提供的系統相吻合。對於上述提到的理由，文獻[1、4]中提出一整套系統，用預製鋼筋混凝土構件建造中心圓錐，再通過現澆混凝土進行構件間的連線（底部張力環，錐頂）來完成圓錐的建造。內徑為13.0m筒庫的建造方法見圖3。圓錐是由十二個預製件組成，預製件中心也是呈凹狀的，使得它們與閘壁的彎曲能很好地吻合。這些部件放圓錐側壁由塔架進行固定，或者反預製件放在所需的位置，然後用與壁庫相連的拉桿進行加固。當全部預製件放在所需的位置，然後，應在錐體的底部澆注一層混凝土，當沿著庫壁的肓部進行澆注，然後沿著單個預製所形成的放射狀徑向縫隙澆注混凝土，這樣錐體方算構築完畢。
2．3 設計荷載
在庫的設計和計算中必須考慮所有的荷載和影響因素，這些可在文獻[2]中查到，它們主要來自下列款項：
—靜重，DIN1055，第一部分；
—運輸荷載，DIN1055，第三部分；
—根據有關標準中內部裝備、設備、機械、超結構和附屬檔案引起的荷載；
—風載，DIN1055，第四部分；
—由地震引起的荷載，DIN4149；
—溫差效應。
其中最重要的是來自鬆散物料的荷載，物料的粒度和級配在DIN1055，第六部分有所表述，“筒倉荷載”1987年發表，在文獻[2]中有詳細的闡述。水平荷載Ph和庫壁摩擦荷載Pw對倉壁而言是很重要的，垂直Pv對庫的基礎又是十分重要的，此外還應考慮倉空倉滿效應的影響。
至於圓錐的荷載，在DIN1055第六部分中沒有給出，因為圓錐通常被看作是內部裝備，而內部裝備引起的荷載變化又常常不為標準所涉及。出於這種原因，文獻[2]不僅討論了庫壁和圓錐之間梯形的荷載情況，而且還給出了有關圓錐的荷載大小及其分布的推薦值。
給出了d=16.0m,h=40.0m的筒庫水平荷載和庫壁摩擦荷載的基本值（h等於從物料的水平表面測得的鬆散物料的最大高度），以及庫內裝滿水泥是時（16kN/m3）在圓錐上形成的荷載，計算的荷載用來確定單個預製構件的內部應力和尺寸。
當一些鬆散物料裝入庫中，它們會從“溫”到“熱”，所以應特別注意溫度問題。例如水泥的入口溫度大約是100℃，外部環境溫度是-20℃，在這種條件，內部和外部就存在著很大的溫差，導致約束應力產生，這在確定尺寸時必須考慮到。這些尤其會對庫壁產生影響。基於文獻[2]所提出的熱平衡計算，其中除了上述的鬆散物料和外部環境溫度外，庫倉和周圍構件的幾何尺寸以及餵料速度和空氣排出量也起很大作用。限定每個構件的溫度膨脹量，是在確定構件尺寸時必須加以考慮的。
此外，還應考慮到鋼筋混凝土構件產生裂縫的可能性，裂縫的出現將導致結構強度的降低，因此在承載設計時，必須考慮包括溫度條件在內的裂縫寬度的驗算。有關的基本原理在貯庫設計指南[1]中進行了詳細的論述。在貯庫設計手冊的附錄里，也包括一些從荷載中得到的限制和正常應力（張應力和壓應力）的計算表，對於給定的裂縫寬度，根據圖表可直接定出庫壁橫截面的尺寸。其它圖表提供了預應力效應，以便為在水平方向預加應力的庫壁提供限制裂縫寬度的依據。基於這些基本原理，文獻[3]中列舉了一些計算懸臂圓柱形貯庫庫壁的例子，它們與圖5中給出的例子基本相符。
2．4 現有結構的例子
例1：
在Dotternhausen的Rohrbach水泥廠的水泥庫系統
—一座直徑為16.0m的貯庫，有效容積7500m3（當水泥容重等於16kN/m3時，儲量為120000kN），錐體上沒有8個卸料出口。
—3個直徑為 10.0m的貯庫，每個庫的有效容積3000m3（48000kN），錐體上設有4個卸料出口。
—架高圓錐的貯庫，大庫有2個通道，小庫只有1個通道，用於卡車裝載，並帶有地中衡地坑，與庫的基礎形成一個整體。
—建於岩石上的環形基礎。
—從基礎表面開始，採用滑模施工建造庫壁，然後建造圓錐體（現場燒注）。
例2：
位於 Weisenau的Herdellberger水泥廠的水泥庫系統，摘自文獻[4]
兩座直徑13.0m的貯庫，有效容積3400m3，設6個卸料出口；
—架高圓錐的貯庫，設2個通道；
—由12個鋼筋凝土預製構件建造圓錐的主體，而圓錐底部的的混凝土圈、構件間的徑向縫隙連線以及錐頂則由現澆混凝土來完成，建造圓錐用時2天；
—大直徑的鑽孔灌注樁基礎，直徑為1.50m。
在這種情況下，鋼筋混凝土預製構件是在混凝土製品廠製造，然後運到建築現場。
例3：
在Weisenau的Heidellberger水泥幫的粉煤灰庫
—一座直徑19.0m的貯庫，有效容積1000m3，（當粉煤灰容重為12kN/m3時，儲量為120000kN），圓錐上設6個卸料出口；
—由12個預製構件架在基礎底座上建成的圓錐；
—大直徑鑽孔灌注樁基礎，直徑為1.50m。
這些預製構個重340kN，直接在建築現場製作。在這種情況下，很有效的處理方法就是採用中心垂直腳手塔架，安裝圓錐部件，然後採用滑模施工建造庫壁。