某散装粮食仓库安全性鉴定

2020-10-31彭建和凌建璋

工程质量 2020年2期

王义，彭建和，凌建璋

（1.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽合肥 230088；2.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽合肥 230088）

0 引言

随着国家对粮食储备的重视，近年来安徽省新建了大量的粮库，典型的为单层钢筋混凝土排架结构的散装粮食仓库。粮库投入使用以来，墙体开裂、外倾，墙屋面渗水等质量问题屡屡发生。究其原因，散装粮食仓库结构构件受力复杂，竖向荷载和粮食水平推力对结构共同作用，设计人员没有完全理解规范，对荷载系数的取值有误，结构计算模型不正确，导致有的构件承载力不足、墙柱位移过大等问题。施工单位多为资质较低的施工队伍，墙体砂浆强度达不到设计要求，工人没有安装大型预制屋架和屋面板的经验，预制构件连接少焊、漏焊成为普遍现象。本文通过对某散装粮食仓库的检测与鉴定分析，为工程缺陷的成因分析与有效处理提供依据。

1 概述

某粮站散装粮食仓库（见图 1～ 2），设计储粮品种按小麦密度 8 kN/m3设计，或密度≤8 kN/m3的其他粮食品种设计。设计装粮高度为粮食平堆高度≤6 m。目前该粮仓为满仓状态，未超载，储粮品种为三等混合小麦。该工程设计使用年限为 50 年，建筑结构安全等级为二级，为丙类建筑，抗震设防烈度为 Ⅵ 度。粮库宽 21 m，长 60 m，檐口标高 9.45 m，建筑面积为 1 260 m2。本工程为单层钢筋混凝土柱排架结构，屋架采用预应力混凝土折线型屋架，跨度 21 m，开间 6 m，屋盖采用 1.5 m×6 m 预应力屋面板，屋盖支撑为角钢拼接构件。外围墙采用 370 mm 厚烧结黏土砖墙，山墙抗侧力柱间距 3 m，山墙和排架柱断面均为 450 mm×750 mm。柱下为钢筋混凝土矩形独立基础，墙下采用混凝土条形基础，基础设计埋深 2.30 m。

图1 粮库工程现状图

图2 粮库平面布置图（单位：mm）

该工程于 2015 年下半年投入使用，至今发现屋面和墙面有多处渗水，1～2 轴钢结构垂直支撑上部杆件与南山墙（1 轴）连接的钢板预埋件发生侧板脱开现象，南山墙（1 轴）内侧上沿粉刷层有松动脱落现象。现为了解该工程现有工程质量及结构安全状况，并给工程下一步处理提供相关技术资料，业主单位委托对该工程进行结构安全性鉴定。

2 现场检测结果［1-2］

2.1 结构布置与构造连接检测

在工程现场采用必要的仪器设备进行检查与测量，对工程实体进行核查。

1）结构布置。经核查，本工程结构形式采用的是排架与山墙混合承重结构体系，与设计图纸相符。屋面板、屋架、排架柱、山墙柱、墙体、墙梁、屋盖支撑等结构布置与设计图纸相符。

2）构造连接。经检测，排架柱与墙体拉墙筋间距符合设计要求，屋盖钢结构支撑构件布置符合设计要求。1～2 轴屋盖支撑钢系杆与山墙圈梁处连接的预埋钢板脱开，此预埋钢板没有与圈梁有效锚固，经查看是由于墙体向外位移造成的（见图 3）。屋面板直接搁置在屋架上，没有有效连接（见图 4）。

图3 预埋钢板与圈梁没有有效锚固

图4 屋盖结构系统

2.2 结构外观质量检测

该工程已经投入使用，检测时，库内散装粮食6 m 高，未超载。经查看检测工程外观结构质量如下所述。

1）屋盖结构。经查看预制屋面板及屋架构件表面平整，密实度较高，未发现结构裂缝和露筋、露石等缺陷。

2）内外墙面。凿开部分墙、柱、梁搪粉层，发现凿开构件的梁柱混凝土和砖墙结构面外观质量尚可，梁柱混凝土表面密实度较高，未发现结构裂缝和露筋、露石等缺陷。砖砌体平整度、垂直度、灰缝厚度较好。南山墙（1 轴）内侧上沿粉刷层有松动脱落现象，经凿开粉刷层，发现是由于墙体向外位移造成的。

2.3 柱、梁、基础混凝土强度检测

所检测构件现龄期混凝土抗压强度均满足设计强度等级的要求。

2.4 柱、梁结构配筋

所检测构件主筋根数与设计相符，箍筋间距满足设计要求，纵向钢筋保护层厚度较规范值略厚。

2.5 砌体砂浆及砖抗压强度

所检测墙体的砌筑砂浆及砖抗压强度推定值满足设计强度等级的要求。

2.6 轴网尺寸及构件几何尺寸

所检测的结构轴网尺寸及柱、梁截面尺寸满足设计及规范要求。

2.7 结构顶点侧向位移

支撑锚板脱开对应山墙柱顶点侧向位移（包含施工误差等）超过 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》中不适于继续承载的侧向位移限值。所检测的 3 面墙顶点及其余 3 根柱顶点侧向位移（包含施工误差等）未超过 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》中不适于继续承载的侧向位移限值。

2.8 基础构件几何尺寸及埋深

所抽检基础的基础埋深满足设计要求，基础型式与设计相符，基底、变阶处的几何尺寸基本满足设计要求。

3 结构计算模型、受力特点和复核验算

3.1 结构计算模型和受力特点［3］

1）散粮水平推力传递路径。散粮水平推力直接作用在墙体上，墙体把荷载以线荷载形式传至墙梁，墙梁两端以集中力形式传至排架柱（山墙柱），排架柱（山墙柱）将荷载传递至基础。

2）构件计算模型。①墙体：计算时墙体视为简支梁（梁宽 1 m 为计算单位）。要注意墙体为压弯构件，抗弯计算拉应力要减去墙体自重和粮食产生的对墙体摩擦力。②墙梁：墙体内钢筋混凝土卧梁并非构造圈梁，而是水平受弯的连续梁，需要计算配筋。③排架：排架要同时组合考虑竖向荷载、粮食水平力、风荷载等。要注意粮食水平力是活荷载，对左右柱同时存在或消失。根据 GB 50320－2014《粮食平房仓设计规范》条文说明第 5.1.6 条，粮食侧压力系数 k 按粮库设计规范附录 B 取0.405 9。④山墙柱：按现在国标图集通常的设计做法，山墙柱是上端自由下端固定的悬臂柱。图集预制屋面板支座仅为点焊，与钢支撑一样，不能作为约束柱移动的构件。本工程设计时按上端铰接下端固定，计算模型有误，经复核柱配筋不满足规范要求，柱顶位移偏大。⑤基础：基础除了要计算承载力外，还要计算抗滑移稳定是否满足粮库设计规范要求。要注意计算基础承载力时，要考虑粮食对墙体产生的摩擦力和粮食在基础上的重量对基础产生的附加力。根据粮食平房仓设计规范条文说明第 5.1.6 条，计算基础时粮食侧压力系数 k 取0.356 2，粮食对墙面摩擦系数 tg δ 取 0.4。

3.2 复核验算［4］

3.2.1 墙体承载力验算

GB 50320－2014《粮食平房仓设计规范》第6.2.5 条规定，墙体要计算抗弯和沿水平联梁通缝抗剪强度。

1）墙体单位宽度粮食侧压力计算如图 5 所示。

2）墙体计算简图如图 6 所示。

3）以 Q3 为例验算抗弯强度（墙体外侧拉应力效应比）。砖强度 M=10 MPa，砂浆强度 M=7.5 MPa，查得弯曲抗拉强度设计值 fun=0.14 MPa。计算长度按净跨取 1.26 m，粮食水平荷载分项系数取 1.3。

图5 单位宽度墙体粮食侧压力图（标准值）（单位：mm）

图6 墙体水平荷载作用下计算简图

图7 排架和山墙柱计算简图（其余单位：mm）

经计算，Q 3 在粮食侧压力作用下最大弯矩M1=6.56 kN·m，距上支座 1.36 m，粮食产生的竖向摩擦力形成的弯矩M2=0.754 kN·m，Q3 实际承受的弯矩 M3=M1-M2=5.81 kN·m。M3作用下 Q3 外侧拉应力：M3/W=5.81/0.022 8=255（kN/m2），墙体自重压应力为 113 kN/m2，Q3 墙体外侧拉应力为：255-113=142 kN/m2=0.142 MPa＞fun=0.14 MPa 抗力与荷载作用效应比为 0.986，大于 0.90，满足 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》表 6.4.2 中 b 级要求。Q1、Q2、Q4 抗弯承载力抗力与荷载作用效应比均大于 1，满足规范要求。

4）以 Q1 为例验算墙体通缝抗剪强度。

按 GB 5003－2011《砌体结构设计规范》第 5.5.1 条公式，Q1 下端墙自重水平截面压应力 σ0=0.350 MPa，u=0.243。墙下端每 m 抗剪承载力：（fV+ɑuσ0）A=70.66 kN

Q1 墙每 m 剪力：V=9.265×1.3 kN=12.05 kN＜70.66 kN，Q1 通缝抗剪强度满足规范要求。

3.2.2 墙体联梁承载力验算

以 2.5 0 m 标高梁为例验算联梁配筋：按断面 b×h 为240 mm×370 mm 验算，b 取竖向梁高240 mm，h 取墙厚 370 mm，线荷载标准值为墙传递的支座反力 21.35 kN/m2。混凝土强度 C30，钢筋 Ⅲ 级，单侧计算配筋 As=590 mm2，实配 316，As=603 mm2，计算配筋小于实际配筋，满足规范要求。箍筋计算按构造配筋即可。故联梁承载力满足规范要求。

3.2.3 排架柱承载力验算

排架计算要同时组合考虑竖向荷载（恒载为屋面自重、活载为雪荷载）、粮食水平力、风荷载等，不考虑地震作用，粮食水平力为墙体联梁对柱子的支座反力，分项系数取 1.3，计算时要注意对左右柱同时存在或消失。排架计算简图如图 7 所示。混凝土强度 C30，钢筋 Ⅲ 级，按 PKPM 软件计算，排架柱下端单侧计算配筋 As=2 685 mm2，实配 625，As=2 945 mm2，计算配筋小于实际配筋，满足规范要求。箍筋计算按构造配筋即可。故排架柱承载力满足规范要求。

3.2.4 山墙柱承载力验算

按本工程实际工况，山墙柱是上端自由下端固定的悬臂柱，计算高度取基础杯口至柱顶高度。水平力计算简图如图 7 所示。

混凝土强度 C30，钢筋 Ⅲ 级，按 PKPM 软件计算，山墙柱下端单侧计算配筋 As=3 982 mm2，实配 625，As=2 945 mm2，计算配筋大于实际配筋。箍筋计算按构造配筋即可。故排架柱承载力不满足规范要求。在粮食水平力作用下，柱顶最大位移计算值为 26 mm。

3.2.5 基础承载力验算［5-6］

以独立基础 1/D（J3）为例验算承载力，计算简图见图 8 所示。基础承载力验算结果如表 1 所示。

图8 基础计算简图（单位：mm）

3.2.6 基础抗滑移稳定验算

以独立基础 1/D（J3）为例验算滑移稳定，基础抗滑移验算结果如表 2 所示。

表1 基础承载力验算结果汇总表

表2 基础抗滑移验算结果表

3.3 结构复核验算结果

按照现场检测资料，对结构进行复核验算，该工程主体结构山墙柱的抗弯承载力不能满足现行设计规范要求，纵墙（A、H 轴）在标高 2.50～4.50 m 范围墙体弯曲抗拉强度的抗力与作用效应（R/r0S）比值大于 0.90，满足 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》表 6.4.2 中 b 级 0.90 的规定。其余构件满足现行设计规范要求。粮食堆放高度 6 m 时山墙柱顶水平位移计算值为 26 mm。

4 安全性鉴定评级

综合构件承载能力、构造和连接对混凝土结构构件的安全性等级进行评定，根据 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》第 7.3 条规定，上部承重结构安全性等级评为 C 级。本工程地基承载力较高，无软弱土层，建成至今已 2 年有余，从现场查看情况分析，未发现基础不均匀沉降引起的墙体开裂、建筑物沉降下陷的现象。通过开挖南山墙基础进行量测，基础尺寸和埋深基本符合设计要求，开挖范围基础没有发生裂缝、倾斜和明显的变形。依据 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》第 7.2.2 条综合评定地基基础的安全性等级为 B 级。

根据 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》第 7.1.1 条规定，结构系统的安全性等级，应根据地基基础和上部承重结构的评定结果按其中较低等级确定。因此，该结构系统的安全性等级应评为 C 级，即该结构系统不符合国家现行标准规范的安全性要求，影响整体安全。