大型加工用马铃薯恒温保鲜库建筑结构设计分析

王金刚， 王红霞， 任 鑫

(甘肃省轻纺工业设计院有限责任公司， 甘肃 兰州 730000)

大型加工用马铃薯恒温保鲜库有半地下/地上式，集中送回风体系/分体式送回风体系，混凝土结构/钢结构，单排式/对列式库等多种类型[1]. 库体大多为单层建筑，和一般的工业与民用建筑相比，建筑、结构设计有很多不同，需要设计人员在设计时重点对待.

1 建筑设计

现行的马铃薯恒温保鲜库共有两种体系，一种为集中送回风体系，一种为分体式送回风体系. 两种系统各有优缺点，其建筑设计也有所不同. 与其它建筑设计相比，保温与防火也是关键控制点.

1.1 集中送回风体系

集中送回风体系特点是两侧为库体，中间集中送回风，送回风道端头设空调机房，整个送回风道为一静压仓，以保证各通向库体的风道风量均匀. 外侧抗侧力挡墙采用70°的钢结构外挂成品保温库板，两侧山墙端仍为垂直的钢结构外挂成品保温库板体系. 若为4个库体对称布置的恒温库，则在两组库体与两组库体中间设置宽为10 m的常温走道.

此种体系最大的优点为利用马铃薯堆放的自然休止角来构建抗侧力体系，使库体维护体系角度接近于马铃薯堆放的自然休止角，可有效减少用钢量，节约投资，使用效果良好，并具有一定创新性, 建筑造型美观. 但由于维护外墙为非垂直的70°，对于施工的要求较高，施工工期也相应增加.

由于采用了集中式送风系统，减小了进排风设备安装带来的冷桥及密闭不严的可能，对库体的保温及设备的安装更为有利.

通风道采用的形式分为地下式通风道和地上式波纹风管两种形式. 地下式通风道须在现浇混凝土地面上按设计开孔，对于施工的要求较高，混凝土地面的钢筋用量也较大，施工工期也较长. 但此种体系对于风量及风速的控制较为有利. 地上式波纹风管由于国内制作工艺的限制，目前只能制作半圆形风管，此种体系节省了投资及工期，但对于风量及风速的控制较为不利.

1.2 分体式送回风体系

分体式送回风体系的特点为分体式送排风，即每个库体都有其独立的送回风道，外侧抗侧力挡墙与地面成90°角，采用钢结构外墙或钢筋混凝土抗侧力外墙，库体内部采用成品木板或混凝土墙内贴水泥聚苯板.

此种体系最大的优点为每座库体独立送风，对于风量的控制及损耗较为有利，但每座库体也就需要独立的送回风系统，设备国产化能力不强，安装要求较高，保温密闭较为不利.

送风系统采用的风道分地上式和地下式两种.

由于分体式采取的送回风方式不同，无法考虑抗侧力外墙与马铃薯堆放的自然休止角相近的方案，故此种体系需较强的抗侧力构件，对于造价的影响较大.

1.3 建筑保温密闭

大量采用喷涂型聚氨酯[2-3]，库体内所有外露钢构件均喷涂5～15 mm聚氨酯，可以起到密闭、防潮，兼保温的作用，并可有效地减少冷凝水的产生. 所有采用的保温库板均为成品，一是其具有较好的整体性能，二是其安装时采用错缝式搭接，具有较好的密闭及保温性能. 所有地面均铺设抗压能力较强的挤塑聚苯板，以避免地面冷空气渗透所带来的影响，做成保温地面. 所有设备管道及雨水排水管均做保温处理，以避免产生冷凝水对使用不利.

保温设计时需注意避免产生冷桥，保温材料施工时应有密闭措施，施工完成后需进行保温、密闭性能的检测，保温、密闭检测达标后方可投入使用.

1.4 建筑防火

根据《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)要求，马铃薯恒温库火灾类别应为丁类，按此类别进行防火分区设计，如采用钢结构；常温走道内保温材料须采用玻璃丝棉等阻燃性能好且价位较低的保温材料；防火分区间严格遵照防火墙的设计要求进行设计，由于采用大量保温材料，因此所有保温材料应采用阻燃型，并满足相关燃烧性能指标的要求的材料. 施工时其保温工程须在所有焊接工程完成后方可进行，施工现场严禁烟火，并对残余保温材料应予及时清理，严格杜绝火灾隐患.

2 结构设计

结构设计主要有两个关键点：一是墙壁 (支挡结构)的抗侧压力；二是地面的承压设计.

2.1 墙壁(支挡结构)的抗侧压力

恒温库内的马铃薯是以散装的方式储存的. 根据掌握的国内外资料，马铃薯设计堆放高度为4.5 m，参考土力学朗肯土压力理论，堆放高度越大，侧压力越大，侧压力从下到上呈降低局势，即底部范围最大，顶部理论为零，呈三角形分布. 对设计堆高为4.5 m的马铃薯侧压力，进行理论计算如下：

取静止侧压力系数为K0=0.3(经验取值)，马铃薯重度γ=650 kg/m3，计算点深度z=4.5 m，根据计算公式，静止侧压力强度p0=K0γz=0.3×650×4.5=877.5 kg/m2，静止侧压力为P0=1/2p0h=0.5×877.5×4.5=1 974 kg/m，即每延米作用于墙壁的侧压力是1 974 kg，为侧压力设计取值.

根据上述计算分析，马铃薯作用于侧壁的压力是可观的，特别在底部向上0.5 m处，这一点结构设计必须引起足够重视.

散装马铃薯作用于墙壁的压力如表1.

表1 散装马铃薯作用于墙壁的压力

侧压力分布规律是上小下大，与堆放高度的平方成正比. 设计值是试验值的1.3倍，即抗侧压力结构设计有30%的安全裕度.

这种侧壁压力根据库体结构的不同，施加于不同的结构构件上. 若未设计单独的支挡结构，则直接传于垂直的外墙壁上；若设计了与房屋结构脱开的独立的支挡结构，则侧压力就传于支挡结构的立柱上，对立柱按照悬臂受弯构件进行设计.

值得一提的是，根据国外对马铃薯储存的研究结果，散装马铃薯堆放的自然休止角为70°，也就是说，堆放马铃薯的库体墙壁与水平线的夹角为70°时，马铃薯对墙壁的侧推力接近于零，这一点结论在实际工程中已得到有效应用.

采用马铃薯支挡结构与房屋结构独立，是“活动的家具与固定的房子”的关系，是目前最为先进的支挡模式. 其优点是传力路线明确，施工安装简便，支挡结构可拆卸，具有明显创新性和先进性. 不足之处是支挡结构内置，库容相对减小.

采用较为传统的垂直墙壁承受侧压力的方式，设计理念较前两种显得稍落后一些，库侧墙可设计为自上而下的钢筋混凝土剪力墙作为支挡结构，也可设计为下部2.5 m钢筋混凝土剪力墙，而上部为砖砌体墙作为支挡结构，由于侧压力是随高度而减小的，因此后一种较为经济一些.

2.2 地面承压设计

马铃薯储存是直接堆放在地面上的，4.5 m高的马铃薯堆垛的垂直静压力理论值约为3 t/m2，6 m马铃薯堆垛的垂直静压力约为4 t/m2. 地面的抗压设计应该足以承受运输与储藏设备进入库间. 根据相关资料，对于卡车和装卸设备，地面承受的负荷大约为6～8 t的轴负荷，如果叉车装载着大箱子进入库间的话，轴负荷将达到10～12 t. 所以结构设计时，在考虑地面地基处理方案时，一定要考虑该地面荷载. 当然在计算地下通风道盖板和流送沟盖板配筋时，也一定要考虑该地面荷载. 盖板计算时，应该将12 t的轴负荷放在受力最不利位置进行计算，如简支混凝土梁模型应将集中力置于跨中计算底部配筋. 这种承压地面的设计是与其它结构设计明显不同的.

2.3 结构形式

就库体主体结构形式而言，目前成功应用的有钢结构和混凝土结构两种[4]. 钢结构施工周期短，若用于围护结构，造价较低，适合在季节性加工的工业建筑中应用、推广，但钢材防火性能相对较差，房屋耐久性较差. 混凝土结构施工周期长，但相对平直度好，防腐、防火、耐久性能好. 在马铃薯恒温库设计中注意充分利用发挥两种结构材料的优势，钢结构和混凝土结构并用，力争达到理想的综合设计效果.

半地下式库具有抗侧力结构投资较少的优点，但入出库损耗大，难以实现物料到车间的自由流送，物料输送以传送带等为主，输送费用高；地上式库需设置抗侧力结构以抵消马铃薯的侧压力，但马铃薯入出库方便，机械损失小，运行费用低，在保温处理方面差距有限，具体设计应该根据实际情况选择.

3 结 论

现行马铃薯恒温保鲜库分集中送回风和分体式送回风两种建筑体系. 集中送回风体系用钢量小，节约投资，使用效果良好，建筑造型美观. 但施工要求较高. 分体式送回风体系对于风量的控制及损耗较为有利，但设备国产化能力不强，安装要求较高，保温密闭较为不利.

结构设计主要关键点是墙壁(支挡结构)的抗侧压力和地面的承压设计. 墙壁(支挡结构)的抗侧压力分布规律是上小下大. 这种侧壁压力根据库体结构的不同，施加于不同的结构构件上. 采用马铃薯支挡结构与房屋结构独立，传力路线明确，施工安装简便，支挡结构可拆卸，但库容相对减小. 采用垂直墙壁承受侧压力的方式比较传统.

地面承压设计一般的负荷大约为6～8 t的轴负荷，最高轴负荷达到10～12 t，在考虑地面地基处理方案时，一定要考虑该地面荷载.

上述各类方案，在具体设计时，根据实际情况选择不同方案.