浅圆仓顶盖正截锥形壳结构体系分析及选型探讨

传统的高模板施工技术由于脚手架搭设高度高、整体刚度低、变形大、稳定性差，导致施工安全可靠性低、工期无法保证、投资和经济指标较差等问题。针对这些问题，在设计阶段对截锥壳筒仓顶的技术设计以及选择技术先进、经济合理的筒仓顶结构型式是协调设计与施工、提高结构可靠性、确保施工安全的关键途径。在国家大力推广绿色装配式建筑的产业政策下，钢-混凝土组合结构是浅筒仓截锥壳筒仓屋面结构体系的最佳体系。这也是一种结构可靠、经济的设计和施工方案。本文将重点对其锥壳结构体系的选择进行分析和探讨，并对关键施工技术进行阐述。

1 浅筒仓顶截锥壳结构体系分析与选择

1.1 钢筋混凝土结构

以河南某面粉项目为例，设计参数为：单仓容量1万吨，内径25 m，檐口高度31.3 m，仓壁厚度250 mm，锥顶高5.55 m，坡度25°，板材厚度150 mm，锥体底部和锥体顶部分别设有500毫米×750毫米和600毫米×800毫米的圈梁，仓库顶部布置工艺设备走廊，对结构产生动载荷。

优点：该系统比较常用。仓库墙壁和锥形屋顶壳由钢筋混凝土制成。整个仓库结构的可靠性、力学性能、抗震性能良好。

缺点：浅圆形筒仓截锥壳顶施工需要高空、大跨度、重载施工，难度极大，安全可靠性低，施工周期长，适应性差投资和经济效益。

1.2 双层彩钢扣板顶盖结构

以中央粮食储备直属项目为例，设计参数为：单仓库容6500t，内径25m，仓顶由上下两层四边形或四边形组成。多边形彩钢扣板、玻璃岩棉保温层，由内拉环、C型檩条、H型斜钢梁等组成。

优点：该系统为全钢结构截锥壳，具有施工方便、建设周期短、节省投资等优点。

缺点：是近几年从国外引进的实验性促销仓库。由于浅圆仓墙体采用钢筋混凝土，仓顶为全钢结构，整体受力性能、结构可靠性和抗震性能较差，目前技术还不成熟。尤其是抗震设防要求较高的地区，应谨慎选择。同时，屋顶结构的建造仍需要架设与仓库等高的中央脚手架。附着墙绑扎困难，存在安全隐患。

1.3 钢筋混凝土锥形屋顶壳系统的组装

以北京某粮食仓储工程为例，设计参数为：单仓容量1万吨，内径30 m，檐口高度15.6 m，仓壁厚度270 mm，锥顶高8 m，坡度30°，锥底锥体顶部布置有环梁。预制锥形壳板设计有3种规格，即底板48块、中板32块、上板16块。预制板端部厚度为300毫米，每块板中间填充泡沫。保温板平均重量约为5吨/块，仓顶锥壳板总重量约为500吨。

优点：该系统需提前在工厂预制，节省施工时间，且比双层彩钢扣板顶盖系统具有更好的力学性能、结构可靠性和抗震性能。

缺点：自重较大。根据该系统项目的施工实践，需要占用滑模平台以及芬克式钢屋架钢结构支架的安装和拆卸，存在一定的安全风险，经济效益较差。

1.4 钢-混凝土组合结构锥壳体系

以河南某面粉项目为例，设计参数为：单仓容量10000t，内径25m，檐口高度28m，仓壁厚度250mm，圆锥形屋顶高度6m，坡度27°，仓库墙厚250mm。锥体底部设计有400毫米×850毫米钢筋混凝土大圈梁，仓库顶部设计有三根钢框架圈梁。现浇板厚130毫米，型号：YX75-230-690-1.0镀锌压型钢板作为底部。模具。

优点：钢-混凝土组合结构锥壳体系能充分发挥钢材的抗拉和混凝土的抗压优势，具有良好的受力和抗震性能。该系统应用于浅筒仓顶部，具有以下优点。

（1）整个仓库结构具有良好的可靠性、力学性能和抗震性能：楼承板混凝土与仓墙通过现浇大圈梁连成一体，充分发挥了钢材抗拉强度和混凝土抗压强度的优点;充分利用了拱壳结构的受力原理。

（2）施工周期短：钢架梁、仓顶檩条、支撑、楼承板等均在专业钢结构加工厂预先准备好。楼板作为现浇板的永久底部模板。无需支撑，省去了支撑和拆除模板的需要。过程中，在充分保证施工安全的同时，可以有效缩短施工工期，降低安全风险。

（3）安全可靠性高：浅圆筒截锥壳筒仓顶板的高空、大跨度、重载施工是典型的“危险工程”。对于所有项目参与者来说，安全是最大的风险。以往工程安全事故频发、建设成本过高、工期过长，让相关各方苦不堪言。本系统施工采用仓库中心立式塔机标准节作为操作平台，安全可靠。楼承板作为永久的底部模板和下一道工序的施工平台。无需任何支撑，消除一切危险因素，降低安全事故发生概率。

（4）经济效果好：由于该结构体系的楼承板可作为现浇板的底部钢筋和底部模板，减少了混凝土用量，不仅减少了投资，而且可以与传统结构体系相比，工期提前25天以上，为业主带来效益。提前投产带来了经济效益和社会效益；同时，为承包商节省了脚手架搭设成本、伞形钢结构支架制作安装成本、模板安装拆除成本，有效降低了工程成本，实现了各方利益共享。赢得效果。

（5）结构合理：浅圆仓250毫米厚的仓壁与130毫米厚的现浇板连为一体。筒仓整体性好，抗震能力强。同时压型钢板底模采用镀锌钢板压制成凸凹筋。板材或波纹板，承载能力和刚度大大提高，肋骨上可敷设水电管道，结构合理。

缺点：需要将锥壳板与仓壁之间的关键节点连接起来。

2 各结构体系对应的施工做法及方案选择

2.1 钢筋混凝土结构体系施工方案分析

经过多年的施工实践，钢筋混凝土截锥壳结构体系常采用从地面搭设全厅钢管脚手架的高模板方案、柱伞式钢结构支撑方案、钢丝绳环内嵌于仓壁，设置钢丝绳网格支撑。有 3 个选项。这3种方案都需要大量的人力、物力、财力。不仅建设成本高、工期长，而且存在很大的安全隐患。设计与施工配合下，性价比较低。

2.2 装配式钢筋混凝土锥壳体系施工方案分析

目前，浅圆形筒仓项目的内径多为20～30m。筒仓顶部的锥壳板跨度较大，预制板的截面尺寸和自重也较大。一般每件重约5t，顶盖总重可达500t。根据该系统工程的施工实践，仍需借用滑模平台，对芬克型钢屋架钢结构支撑进行架设和拆除。此外，对起重机械的起重吨位提出了更高的要求，还需要大吨位的汽车起重机。 ，存在一定的安全风险，经济效益较差。如果要推广该计划，应利用BIM等技术来优化结构、减小截面尺寸、减轻构件自重。这是其推广应用的关键。

2.3 钢-混凝土组合结构锥顶壳体系施工方案分析

钢-混凝土组合结构锥顶壳体系能够充分发挥钢材的抗拉性和混凝土的抗压性的优点。在具有良好抗震性能的同时，采用仓库中心立式塔吊标准节平台进行施工，楼面支座作为永久基础模板，板面不需要任何支撑。在缩短工期的同时，消除了一切风险因素。是投资者最具成本效益和投资效益的解决方案；对于承包商来说，是建设成本最低、最终经济效果最好的解决方案。

3 钢-混凝土组合结构截锥壳体系施工关键技术

3.1 工艺流程

地下走廊地面施工时，预埋塔吊标准节固定腿→安装塔吊标准节平台→检查斜钢架梁地脚螺栓→组装塔吊中心环环形钢架梁→吊装环形钢架梁中心环并临时固定→安装斜坡钢架梁→安装顶板支撑系统→拆除浅仓中心塔吊标准节→永久底模安装→外壳板钢筋绑扎→隐蔽验收→外壳板混凝土浇筑→走廊支撑柱，沿二次施工翻孔→循环至下一个仓库。

3.2 锥壳顶盖结构整体展开

根据施工组织设计确定的锥壳屋面施工工期，组织流水施工，通常以2～4个仓库为单位，确定每个单元施工锥壳屋面的数量，并配备相应的机械、材料、设备配备。塔式起重机用于吊装钢架梁等钢构件。选择参数时应考虑环形钢框架梁中心圆的总重量。壳板混凝土浇筑采用汽车泵。选择参数时应考虑浅仓高度和场地条件。施工时，先吊装浅圆仓中心标准断面平台，然后吊装钢架梁中心环并临时固定，然后吊装坡面钢架梁，屋顶支撑、楼板甲板底模板等依次吊装。壳板钢筋绑扎，浇筑混凝土。每个流程都被组织成流通单元并循环直至所有流程完成。

3.3 利用BIM技术模拟施工并进行可视化技术讲解

浅圆筒筒仓的顶部为锥壳几何形状。由于筒仓的特殊形状，充分的施工准备和可视化讲解是保证工程质量、施工安全和施工进度的关键。施工前，公司技术中心的BIM工程师根据图纸设计进行建模和视觉设计，并模拟施工，并对专业劳动人员进行可视化BIM讲解，让操作人员从感官上感知；熟悉流程；并抓住重点。记住;操作可靠。

3.4 仓库中心塔机标准节平台安装

仓库中心塔机标准节平台主要用于临时固定钢架中心环。此工序是锥壳顶盖施工的基本工序。浅圆仓中心地下走廊楼板施工时，配合塔机标准节固定腿预埋（选用塔机生产厂家原厂产品）。库墙滑模完成后，安装塔机标准节平台。 ，顶部标高应与图纸设计的锥形壳板标高配合安装。当标高不符时，应采取增设钢平台等措施，并组织办理国家现行规定要求的脚手架、塔吊验收手续。只有合格了，才能进行下一道工序。

3.5 圆钢框架梁中心环吊装

环形钢框架梁中心环的安装是锥壳钢骨架施工的第一步。首先用激光测铅仪将浅仓中心点投影到标准断面上，然后用塔吊将地面组装好的环形钢架安装起来。框梁中心圆按投影中心点吊装到位。固定时采用自制专用卡箍，并用四根缆风绳与仓壁四个方向牢固连接。

3.6 钢架梁吊装

（1）钢框架梁吊装顺序：先安装斜坡主钢框架梁GL1（16块），再安装环向钢框架梁GL3（32块），再安装斜坡次钢框架梁GL2 （16块），方案是吊装安装时将构件按向心轴网对称分片。

(2)吊装质量控制：钢框架梁的吊装采用塔式起重机。根据BIM模拟施工坡度，在钢架梁吊装前形成设计坡度，方便一次性安装。当钢架梁就位后，两名操作员用绳索协助端部到达正确位置。测量校正无误差后，将端部用安装螺栓临时固定牢固，并用图纸要求级别的摩擦式高强度连接副连接到位。施工应按“先拧紧螺栓，后焊接”的顺序进行，并应满焊，焊缝宽度、高度符合设计要求。

单仓钢架梁吊装必须当天完成，避免因夜间大风等不可抗力因素造成位移和损坏，造成不必要的损失。

3.7 屋顶支撑的安装

屋顶支撑可以形成屋顶的整体空间框架，保证构件在施工和正常使用过程中的稳定性和安全性。屋面支撑一般采用20毫米圆钢，屋面支撑端部与钢架梁连接时采用专用楔形垫块。且花篮螺栓应紧固到位。

3.8 压型钢板永久底模技术及吊装要求

(1)压型钢板材质及型号。

压型钢板底模板，即楼承板底模板，一般分为开放式和封闭式两大类。应根据图纸设计选择材质和型号。一般采用YX75-230-690-1.0镀锌压型钢板作为底型。模具，开式是同类板型中受力最好的，保证底模有足够的强度、刚度和稳定性。

(2)压型钢板永久底模的排样和下料。

浅仓顶盖为锥形壳板，采用BIM技术设计。板材呈等腰梯形，圆周方向分为2跨1块，斜面方向切成17块。切割时必须考虑压型钢板。梁上的支撑长度应≥50mm。同时，在加工厂内应按1：1的比例布置，以保证锥形壳板底部形式的安装尺寸相匹配。压型钢板永久底模应根据钢架梁形成的坡度沿周向敷设。 。

(3)压型钢板永久底模安装。

安装前应遵循BIM布置图和加工订单号，防止误用。安装应按“自下而上、四周铺设、完善边角”的顺序进行。钢梁上压型钢板的支撑长度应≥50mm。并通过点焊固定牢固。

1）压型钢板吊装：吊装时使用专用软吊带，保证压型钢板底模不变形、卷曲、损坏。

2）切角要求：对于圆形钢架梁等封边，采用等离子切割机或剪钳进行切角。切割放线时，余量应在5毫米范围内，并尽量保持筋条与切割一致。在杜绝板缝漏浆的同时，也保证了仓库地面的美观。

3）开口处加固处理：由于浅圆仓的工艺要求，预留孔较多。通过现场切割预留工艺孔。应根据洞口尺寸对应的加固措施节点图进行加固，并及时进行洞口安全。防护，谨防洞口高空坠落事故。

（四）详细的节点技术措施。

1）抗剪螺栓设置：螺栓在组合结构中起到抗剪和连接锚固的作用。要求如下。

技术参数要求：直径≥16毫米，螺栓长度≥100毫米；安装焊接要求：钢架梁与压型钢板相交处的凹筋内设置剪力螺栓，每筋每跨2个。焊接螺栓时，应穿透压型钢板并焊接到钢梁上。

2）测温等粮情监测套管及预埋件的设置：应设置在凹筋内，位置可根据图纸设计进行微调。同时应添加钢筋并焊接牢固。

3.9 外壳板钢筋的绑扎

楼承板的钢筋大多在工厂内采用专用设备加工成钢桁架，然后将钢桁架与压型镀锌钢板焊接在一起，形成组合结构体系。由于浅筒仓顶板为异形截锥壳，只能在现场制作并绑扎成桁架。主要技术和操作要点如下。

1）壳板钢筋的生产：截锥壳楼承板的钢筋主要由凹肋内下弦钢筋、上弦钢筋、腹板钢筋（钩筋）、上负肋钢筋组成。钢筋和结构钢筋。应严格按照图纸设计和国家规定。当前规格处理。

2）壳板钢筋绑扎：凹肋内下弦钢筋一般配置2Φ10，沿楼承板肋内侧环向绑扎。它们与钩杆和上部网杆形成桁架，并与楼承板的底部模板焊接在一起。浇筑混凝土最终形成组合结构体系。

浅圆仓上部走廊的支撑柱及洞口上沿钢筋应严格按照图纸设计预留插入，严禁遗漏。

壳板钢筋绑扎后，应及时设置钢筋垫，保证钢筋位置准确，混凝土浇筑过程中严禁踩踏变形。

3.10 外壳混凝土浇筑

采用车泵和“对称、平衡、自下而上倾斜”的浇筑方案，严禁堆积混凝土形成集中荷载，造成安全隐患。

4 结论

浅圆筒形仓库是一种典型的结构。仓库的屋顶是一个特殊几何形状的正截锥壳。要求高空、大跨度、重载施工。这是一个具有代表性的“重大工程”。协调设计和施工两阶段，选择技术先进、经济合理的截锥壳结构型式，是提高结构可靠性、保证工程质量和施工安全的最佳途径。本文通过实例分析了浅筒仓截锥壳的四种结构体系及相应的施工方案。在浅仓直径和高度越来越大的背景下，对钢-混凝土组合结构锥壳进行了详细阐述。其优势及施工关键技术在国家大力推广绿色装配式建筑产业的政策下具有重要的推广价值。

摘自2023年11月《建筑工人》 李强、秦龙翔

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