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【摘 要】 钢筋混凝土筒仓仓壁是轴心受拉构件，特别是在直径大于20m的筒仓之中，按强度计算的受力钢筋一般不能满足抗裂要求，提高配筋率的抗裂效果虽然比较明显，但工程造价也会提高很多，同时仓壁内布筋密集，会造成施工困难，本文介绍采用钢纤维混凝土结构对于混凝土筒仓抗裂缝得到较好的应用实例。
【关键词】 钢纤维混凝土；裂缝控制；混凝土筒仓
1.前言
钢纤维混凝土已在各种工程领域得到较广泛的应用，能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。混凝土筒仓是水泥厂基建项目中常见的结构形式，生料库、均化库、熟料库和水泥库，还有一些圆形堆场，库的投资在整个基建项目中所占的比例也达到20%～40%的造价。近两年来发现不少水泥生产线已交工的工程，生料均化库仓壁均出现结构性竖向裂缝。且大部分都是投产3～5年后逐步发展，日趋严重，多数发生在内直径20～25m、高40～50m的同一种仓型。本文结合一实际工程，对这种直径筒仓计算分析钢纤维混凝土的应用效果。
2.混凝土筒仓裂缝控制标准的确定
《钢筋混凝土筒仓设计规范》（GB50077—2003）5.1.5条规定仓壁裂缝宽度：对于干旱少雨，年降水量少于蒸发量及相对湿度小于10%的地区贮料含水量小于10%的筒仓的最大裂缝宽度Wmax允许值为0.3mm；其他条件的筒仓最大裂缝宽度Wmax的允许值为0.2mm。
裂缝宽度的计算应按我国现行《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）进行。
规范将裂缝控制等级划分为一级、二级和三级。等级是对裂缝控制严格程度而言，设计人员需根据具体情况选用不同的等级。对于具体工程，最大裂缝宽度的取值，一直困扰着设计者。一般微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的。微观裂缝一般不对混凝土结构造成影响。宏观裂缝是指肉眼看得见的裂缝，一般这类裂缝宽度不小于0.05mm。宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的，施工中应将其控制在符合规范要求范围内，以使其不致发展为有害裂缝。规范取值0.2～0.3mm裂缝宽度，不会对结构造成惯通裂缝，对于筒仓的要求是合理的。
3.美国筒仓规范《ACI313-97》混凝土筒仓裂缝控制标准的确定
美国与中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，然后代入裂缝计算公式进行验核。
对于水平和垂直压力修正系数，在ACI313-97规范中没有像中国规范一样明确定义，只是考虑到物料的流动影响，设计水平压力需要将静态水平压力乘1.35～1.5的放大系数，一般情况下系数为1.5；对库底板设计竖向压力（平板混凝土库底板），需要将静态竖向压力乘1.35的放大系数。美国规范的荷载组合为：U=1.4D+1.4T+1.7L，即物料的分项系数为1.7。显然对于按强度控制的水平钢筋计算结果来看，美国筒仓规范要比中国规范要求要高，需要配筋要大。
图1
对于裂缝控制，ACI313-97另外提出了计算公式，，并规定裂缝宽度允许值为0.010in.（0.25mm）。
需要注意以上公式计算的结果为英寸，公式中的符号单位均为英制。如果将该公式改写为公制单位，则公式为：。
而由于两国规范按强度计算的水平钢筋结果不同已经有许多文献详细介绍，本文着重通过算例分析，按中国筒仓规范GB50077-2003的水平配筋和裂缝控制要求计算配筋的结果，对比美国ACI313-97筒仓规范的裂缝公式，分析两国规范对于裂缝要求不同。
4.算例设计
某南方地区熟料库设计，筒仓直径（内径）20m，高度45m，壁厚450mm，储料高度39m，6m高度库底板以下筒壁支撑。采用HRB400钢筋，砼强度等级C35，见图示2，图示3。本列表1给出按照规范统计出的裂缝宽度0.2mm和0.3mm，筒仓底层的配筋面积比较。并与美国ACI313-97筒仓规范的裂缝公式计算结果对比。
可见，在直径20m筒仓中，按裂缝控制配筋面积较大，美国筒仓规范裂缝控制标准0.25mm，和中国规范0.20m裂缝控制标准相差无几（因为水平拉力计算公式参数取值不同）。实际按照中国规范0.20mm裂缝控制宽度，计算的钢筋面积，2 28@95钢筋非常密，如果筒仓直径再增大到30m～40m，采用三层，四层钢筋网片，施工难度更大。所以，采用钢纤维混凝土，设计按照0.30mm裂缝控制配筋，然后按照《钢纤维混凝土结构设计与施工规范》裂缝控制宽度修正到0.20mm，可以節省钢筋投资造价，提高施工质量控制，在20m以上直径筒仓中会取得良好的效果，以本算例为例，需要增加钢纤维的掺入量计算如下。
采用普通，长径比为70的剪切钢纤维，直径1mm，长度70mm。按照《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》公式2.2.3-3：
公式5.2.1：
如果将裂缝控制为0.30mm的配筋下，裂缝修正到0.20mm，将上述算例利用公式计算得到需要的钢纤维体积率=1.35%。按构造要求，钢纤维混凝土的钢纤维体积率不应小于0.5%，且宜符合下表2的规定。
表2 钢纤维体积率选用范围
钢纤维混凝土结构类别 钢纤维体积率 钢纤维用量
一般浇筑成型的结构 0.35～2.0 27-156公斤/立方
局部受压构件、桥面、预制桩、桩顶、桩尖 1.0～1.5 78-117公斤/立方
铁路轨枕、刚性防水屋面 0.8～1.2 62-93公斤/立方
喷射钢纤维 0.35～0.5 27-39公斤/立方
5.结语
通过以上分析，我们可以得出如下的结论：
（1）在20m以上直径混凝土筒仓中，按裂缝控制计算的配筋起控制作用，但是不同的控制标准，也就是0.30mm和0.20mm裂缝控制要求下，钢筋面积差别很大，以本算例为例增加了30%的配筋量，在筒仓底部。所以对于设计者来说根据实际情况，选择控制强度很重要。
（2）通过中美两国筒仓规范计算结果显示，对于抗裂缝起到控制作用的20m直径以上筒仓中，两国规范计算结果差别不大，由于两国参数取值不同，本算例显示实际计算效果显示，我国0.20mm和美国0.25mm筒仓裂缝控制相当。
（3）在大直径混凝土筒仓中，钢纤维混凝土的抗裂计算显示，对于筒仓抗裂性能作用明显。如果按照30m直径～50m高度筒仓，仓壁计算的话，对于工程造价和施工质量控制的效果会更加显著。
参考文献：
[1] GB50077-2003，钢筋混凝土筒仓设计规范[S].
[2]贮仓结构设计手册编写组.贮仓结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版，1999.
[3] ACI 313-97，STANDARD PRACTICE FOR DESIGN AND CON-STRUCTION OF CONCRETE SILOS AND STACKINGS TUBES FOR STORING GRANULAR MATERIALS（ ACI 313-97） AND COMMENTARY-ACI313R-97[S].
[4] CECS38：92《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》。
【关键词】 钢纤维混凝土；裂缝控制；混凝土筒仓
1.前言
钢纤维混凝土已在各种工程领域得到较广泛的应用，能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。混凝土筒仓是水泥厂基建项目中常见的结构形式，生料库、均化库、熟料库和水泥库，还有一些圆形堆场，库的投资在整个基建项目中所占的比例也达到20%～40%的造价。近两年来发现不少水泥生产线已交工的工程，生料均化库仓壁均出现结构性竖向裂缝。且大部分都是投产3～5年后逐步发展，日趋严重，多数发生在内直径20～25m、高40～50m的同一种仓型。本文结合一实际工程，对这种直径筒仓计算分析钢纤维混凝土的应用效果。
2.混凝土筒仓裂缝控制标准的确定
《钢筋混凝土筒仓设计规范》（GB50077—2003）5.1.5条规定仓壁裂缝宽度：对于干旱少雨，年降水量少于蒸发量及相对湿度小于10%的地区贮料含水量小于10%的筒仓的最大裂缝宽度Wmax允许值为0.3mm；其他条件的筒仓最大裂缝宽度Wmax的允许值为0.2mm。
裂缝宽度的计算应按我国现行《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）进行。
规范将裂缝控制等级划分为一级、二级和三级。等级是对裂缝控制严格程度而言，设计人员需根据具体情况选用不同的等级。对于具体工程，最大裂缝宽度的取值，一直困扰着设计者。一般微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的。微观裂缝一般不对混凝土结构造成影响。宏观裂缝是指肉眼看得见的裂缝，一般这类裂缝宽度不小于0.05mm。宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的，施工中应将其控制在符合规范要求范围内，以使其不致发展为有害裂缝。规范取值0.2～0.3mm裂缝宽度，不会对结构造成惯通裂缝，对于筒仓的要求是合理的。
3.美国筒仓规范《ACI313-97》混凝土筒仓裂缝控制标准的确定
美国与中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，然后代入裂缝计算公式进行验核。
对于水平和垂直压力修正系数，在ACI313-97规范中没有像中国规范一样明确定义，只是考虑到物料的流动影响，设计水平压力需要将静态水平压力乘1.35～1.5的放大系数，一般情况下系数为1.5；对库底板设计竖向压力（平板混凝土库底板），需要将静态竖向压力乘1.35的放大系数。美国规范的荷载组合为：U=1.4D+1.4T+1.7L，即物料的分项系数为1.7。显然对于按强度控制的水平钢筋计算结果来看，美国筒仓规范要比中国规范要求要高，需要配筋要大。
图1
对于裂缝控制，ACI313-97另外提出了计算公式，，并规定裂缝宽度允许值为0.010in.（0.25mm）。
需要注意以上公式计算的结果为英寸，公式中的符号单位均为英制。如果将该公式改写为公制单位，则公式为：。
而由于两国规范按强度计算的水平钢筋结果不同已经有许多文献详细介绍，本文着重通过算例分析，按中国筒仓规范GB50077-2003的水平配筋和裂缝控制要求计算配筋的结果，对比美国ACI313-97筒仓规范的裂缝公式，分析两国规范对于裂缝要求不同。
4.算例设计
某南方地区熟料库设计，筒仓直径（内径）20m，高度45m，壁厚450mm，储料高度39m，6m高度库底板以下筒壁支撑。采用HRB400钢筋，砼强度等级C35，见图示2，图示3。本列表1给出按照规范统计出的裂缝宽度0.2mm和0.3mm，筒仓底层的配筋面积比较。并与美国ACI313-97筒仓规范的裂缝公式计算结果对比。
可见，在直径20m筒仓中，按裂缝控制配筋面积较大，美国筒仓规范裂缝控制标准0.25mm，和中国规范0.20m裂缝控制标准相差无几（因为水平拉力计算公式参数取值不同）。实际按照中国规范0.20mm裂缝控制宽度，计算的钢筋面积，2 28@95钢筋非常密，如果筒仓直径再增大到30m～40m，采用三层，四层钢筋网片，施工难度更大。所以，采用钢纤维混凝土，设计按照0.30mm裂缝控制配筋，然后按照《钢纤维混凝土结构设计与施工规范》裂缝控制宽度修正到0.20mm，可以節省钢筋投资造价，提高施工质量控制，在20m以上直径筒仓中会取得良好的效果，以本算例为例，需要增加钢纤维的掺入量计算如下。
采用普通，长径比为70的剪切钢纤维，直径1mm，长度70mm。按照《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》公式2.2.3-3：
公式5.2.1：
如果将裂缝控制为0.30mm的配筋下，裂缝修正到0.20mm，将上述算例利用公式计算得到需要的钢纤维体积率=1.35%。按构造要求，钢纤维混凝土的钢纤维体积率不应小于0.5%，且宜符合下表2的规定。
表2 钢纤维体积率选用范围
钢纤维混凝土结构类别 钢纤维体积率 钢纤维用量
一般浇筑成型的结构 0.35～2.0 27-156公斤/立方
局部受压构件、桥面、预制桩、桩顶、桩尖 1.0～1.5 78-117公斤/立方
铁路轨枕、刚性防水屋面 0.8～1.2 62-93公斤/立方
喷射钢纤维 0.35～0.5 27-39公斤/立方
5.结语
通过以上分析，我们可以得出如下的结论：
（1）在20m以上直径混凝土筒仓中，按裂缝控制计算的配筋起控制作用，但是不同的控制标准，也就是0.30mm和0.20mm裂缝控制要求下，钢筋面积差别很大，以本算例为例增加了30%的配筋量，在筒仓底部。所以对于设计者来说根据实际情况，选择控制强度很重要。
（2）通过中美两国筒仓规范计算结果显示，对于抗裂缝起到控制作用的20m直径以上筒仓中，两国规范计算结果差别不大，由于两国参数取值不同，本算例显示实际计算效果显示，我国0.20mm和美国0.25mm筒仓裂缝控制相当。
（3）在大直径混凝土筒仓中，钢纤维混凝土的抗裂计算显示，对于筒仓抗裂性能作用明显。如果按照30m直径～50m高度筒仓，仓壁计算的话，对于工程造价和施工质量控制的效果会更加显著。
参考文献：
[1] GB50077-2003，钢筋混凝土筒仓设计规范[S].
[2]贮仓结构设计手册编写组.贮仓结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版，1999.
[3] ACI 313-97，STANDARD PRACTICE FOR DESIGN AND CON-STRUCTION OF CONCRETE SILOS AND STACKINGS TUBES FOR STORING GRANULAR MATERIALS（ ACI 313-97） AND COMMENTARY-ACI313R-97[S].
[4] CECS38：92《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》。