王 義，彭建和，凌建璋

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽 合肥 230088；2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230088）

0 引言

隨著國家對糧食儲(chǔ)備的重視，近年來安徽省新建了大量的糧庫，典型的為單層鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的散裝糧食倉庫。糧庫投入使用以來，墻體開裂、外傾，墻屋面滲水等質(zhì)量問題屢屢發(fā)生。究其原因，散裝糧食倉庫結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力復(fù)雜，豎向荷載和糧食水平推力對結(jié)構(gòu)共同作用，設(shè)計(jì)人員沒有完全理解規(guī)范，對荷載系數(shù)的取值有誤，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型不正確，導(dǎo)致有的構(gòu)件承載力不足、墻柱位移過大等問題。施工單位多為資質(zhì)較低的施工隊(duì)伍，墻體砂漿強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，工人沒有安裝大型預(yù)制屋架和屋面板的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制構(gòu)件連接少焊、漏焊成為普遍現(xiàn)象。本文通過對某散裝糧食倉庫的檢測與鑒定分析，為工程缺陷的成因分析與有效處理提供依據(jù)。

1 概述

某糧站散裝糧食倉庫（見圖 1～ 2），設(shè)計(jì)儲(chǔ)糧品種按小麥密度 8 kN/m3設(shè)計(jì)，或密度≤8 kN/m3的其他糧食品種設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)裝糧高度為糧食平堆高度≤6 m。目前該糧倉為滿倉狀態(tài)，未超載，儲(chǔ)糧品種為三等混合小麥。該工程設(shè)計(jì)使用年限為 50 年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，為丙類建筑，抗震設(shè)防烈度為 Ⅵ 度。糧庫寬 21 m，長 60 m，檐口標(biāo)高 9.45 m，建筑面積為 1 260 m2。本工程為單層鋼筋混凝土柱排架結(jié)構(gòu)，屋架采用預(yù)應(yīng)力混凝土折線型屋架，跨度 21 m，開間 6 m，屋蓋采用 1.5 m×6 m 預(yù)應(yīng)力屋面板，屋蓋支撐為角鋼拼接構(gòu)件。外圍墻采用 370 mm 厚燒結(jié)黏土磚墻，山墻抗側(cè)力柱間距 3 m，山墻和排架柱斷面均為 450 mm×750 mm。柱下為鋼筋混凝土矩形獨(dú)立基礎(chǔ)，墻下采用混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深 2.30 m。

圖1 糧庫工程現(xiàn)狀圖

圖2 糧庫平面布置圖（單位：mm）

該工程于 2015 年下半年投入使用，至今發(fā)現(xiàn)屋面和墻面有多處滲水，1～2 軸鋼結(jié)構(gòu)垂直支撐上部桿件與南山墻（1 軸）連接的鋼板預(yù)埋件發(fā)生側(cè)板脫開現(xiàn)象，南山墻（1 軸）內(nèi)側(cè)上沿粉刷層有松動(dòng)脫落現(xiàn)象。現(xiàn)為了解該工程現(xiàn)有工程質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全狀況，并給工程下一步處理提供相關(guān)技術(shù)資料，業(yè)主單位委托對該工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性鑒定。

2 現(xiàn)場檢測結(jié)果［1-2］

2.1 結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造連接檢測

在工程現(xiàn)場采用必要的儀器設(shè)備進(jìn)行檢查與測量，對工程實(shí)體進(jìn)行核查。

1）結(jié)構(gòu)布置。經(jīng)核查，本工程結(jié)構(gòu)形式采用的是排架與山墻混合承重結(jié)構(gòu)體系，與設(shè)計(jì)圖紙相符。屋面板、屋架、排架柱、山墻柱、墻體、墻梁、屋蓋支撐等結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)圖紙相符。

2）構(gòu)造連接。經(jīng)檢測，排架柱與墻體拉墻筋間距符合設(shè)計(jì)要求，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件布置符合設(shè)計(jì)要求。1～2 軸屋蓋支撐鋼系桿與山墻圈梁處連接的預(yù)埋鋼板脫開，此預(yù)埋鋼板沒有與圈梁有效錨固，經(jīng)查看是由于墻體向外位移造成的（見圖 3）。屋面板直接擱置在屋架上，沒有有效連接（見圖 4）。

圖3 預(yù)埋鋼板與圈梁沒有有效錨固

圖4 屋蓋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

2.2 結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量檢測

該工程已經(jīng)投入使用，檢測時(shí)，庫內(nèi)散裝糧食6 m 高，未超載。經(jīng)查看檢測工程外觀結(jié)構(gòu)質(zhì)量如下所述。

1）屋蓋結(jié)構(gòu)。經(jīng)查看預(yù)制屋面板及屋架構(gòu)件表面平整，密實(shí)度較高，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫和露筋、露石等缺陷。

2）內(nèi)外墻面。鑿開部分墻、柱、梁搪粉層，發(fā)現(xiàn)鑿開構(gòu)件的梁柱混凝土和磚墻結(jié)構(gòu)面外觀質(zhì)量尚可，梁柱混凝土表面密實(shí)度較高，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫和露筋、露石等缺陷。磚砌體平整度、垂直度、灰縫厚度較好。南山墻（1 軸）內(nèi)側(cè)上沿粉刷層有松動(dòng)脫落現(xiàn)象，經(jīng)鑿開粉刷層，發(fā)現(xiàn)是由于墻體向外位移造成的。

2.3 柱、梁、基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度檢測

所檢測構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的要求。

2.4 柱、梁結(jié)構(gòu)配筋

所檢測構(gòu)件主筋根數(shù)與設(shè)計(jì)相符，箍筋間距滿足設(shè)計(jì)要求，縱向鋼筋保護(hù)層厚度較規(guī)范值略厚。

2.5 砌體砂漿及磚抗壓強(qiáng)度

所檢測墻體的砌筑砂漿及磚抗壓強(qiáng)度推定值滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的要求。

2.6 軸網(wǎng)尺寸及構(gòu)件幾何尺寸

所檢測的結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)尺寸及柱、梁截面尺寸滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.7 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)向位移

支撐錨板脫開對應(yīng)山墻柱頂點(diǎn)側(cè)向位移（包含施工誤差等）超過 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移限值。所檢測的 3 面墻頂點(diǎn)及其余 3 根柱頂點(diǎn)側(cè)向位移（包含施工誤差等）未超過 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移限值。

2.8 基礎(chǔ)構(gòu)件幾何尺寸及埋深

所抽檢基礎(chǔ)的基礎(chǔ)埋深滿足設(shè)計(jì)要求，基礎(chǔ)型式與設(shè)計(jì)相符，基底、變階處的幾何尺寸基本滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、受力特點(diǎn)和復(fù)核驗(yàn)算

3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和受力特點(diǎn)［3］

1）散糧水平推力傳遞路徑。散糧水平推力直接作用在墻體上，墻體把荷載以線荷載形式傳至墻梁，墻梁兩端以集中力形式傳至排架柱（山墻柱），排架柱（山墻柱）將荷載傳遞至基礎(chǔ)。

2）構(gòu)件計(jì)算模型。①墻體：計(jì)算時(shí)墻體視為簡支梁（梁寬 1 m 為計(jì)算單位）。要注意墻體為壓彎構(gòu)件，抗彎計(jì)算拉應(yīng)力要減去墻體自重和糧食產(chǎn)生的對墻體摩擦力。②墻梁：墻體內(nèi)鋼筋混凝土臥梁并非構(gòu)造圈梁，而是水平受彎的連續(xù)梁，需要計(jì)算配筋。③排架：排架要同時(shí)組合考慮豎向荷載、糧食水平力、風(fēng)荷載等。要注意糧食水平力是活荷載，對左右柱同時(shí)存在或消失。根據(jù) GB 50320－2014《糧食平房倉設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明第 5.1.6 條，糧食側(cè)壓力系數(shù) k 按糧庫設(shè)計(jì)規(guī)范附錄 B 取0.405 9。④山墻柱：按現(xiàn)在國標(biāo)圖集通常的設(shè)計(jì)做法，山墻柱是上端自由下端固定的懸臂柱。圖集預(yù)制屋面板支座僅為點(diǎn)焊，與鋼支撐一樣，不能作為約束柱移動(dòng)的構(gòu)件。本工程設(shè)計(jì)時(shí)按上端鉸接下端固定，計(jì)算模型有誤，經(jīng)復(fù)核柱配筋不滿足規(guī)范要求，柱頂位移偏大。⑤基礎(chǔ)：基礎(chǔ)除了要計(jì)算承載力外，還要計(jì)算抗滑移穩(wěn)定是否滿足糧庫設(shè)計(jì)規(guī)范要求。要注意計(jì)算基礎(chǔ)承載力時(shí)，要考慮糧食對墻體產(chǎn)生的摩擦力和糧食在基礎(chǔ)上的重量對基礎(chǔ)產(chǎn)生的附加力。根據(jù)糧食平房倉設(shè)計(jì)規(guī)范條文說明第 5.1.6 條，計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)糧食側(cè)壓力系數(shù) k 取0.356 2，糧食對墻面摩擦系數(shù) tg δ 取 0.4。

3.2 復(fù)核驗(yàn)算［4］

3.2.1 墻體承載力驗(yàn)算

GB 50320－2014《糧食平房倉設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.5 條規(guī)定，墻體要計(jì)算抗彎和沿水平聯(lián)梁通縫抗剪強(qiáng)度。

1）墻體單位寬度糧食側(cè)壓力計(jì)算如圖 5 所示。

2）墻體計(jì)算簡圖如圖 6 所示。

3）以 Q3 為例驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度（墻體外側(cè)拉應(yīng)力效應(yīng) 比）。磚強(qiáng)度 M=10 MPa，砂漿強(qiáng)度 M=7.5 MPa，查得彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fun=0.14 MPa。計(jì)算長度按凈跨取 1.26 m，糧食水平荷載分項(xiàng)系數(shù)取 1.3。

圖5 單位寬度墻體糧食側(cè)壓力圖（標(biāo)準(zhǔn)值）（單位：mm）

圖6 墻體水平荷載作用下計(jì)算簡圖

圖7 排架和山墻柱計(jì)算簡圖（其余單位：mm）

經(jīng)計(jì)算，Q 3 在糧食側(cè)壓力作用下最大彎矩M1=6.56 kN·m，距上支座 1.36 m，糧食產(chǎn)生的豎向摩擦力形成的彎矩M2=0.754 kN·m，Q3 實(shí)際承受的彎矩 M3=M1-M2=5.81 kN·m。M3作用下 Q3 外側(cè)拉應(yīng)力：M3/W=5.81/0.022 8=255（kN/m2），墻體自重壓應(yīng)力為 113 kN/m2，Q3 墻體外側(cè)拉應(yīng)力為：255-113=142 kN/m2=0.142 MPa＞fun=0.14 MPa 抗力與荷載作用效應(yīng)比為 0.986，大于 0.90，滿足 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》表 6.4.2 中 b 級要求。Q1、Q2、Q4 抗彎承載力抗力與荷載作用效應(yīng)比均大于 1，滿足規(guī)范要求。

4）以 Q1 為例驗(yàn)算墻體通縫抗剪強(qiáng)度。

按 GB 5003－2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第 5.5.1 條公式，Q1 下端墻自重水平截面壓應(yīng)力 σ0=0.350 MPa，u=0.243。墻下端每 m 抗剪承載力：（fV+ɑuσ0）A=70.66 kN

Q1 墻每 m 剪力：V=9.265×1.3 kN=12.05 kN＜70.66 kN，Q1 通縫抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.2.2 墻體聯(lián)梁承載力驗(yàn)算

以 2.5 0 m 標(biāo)高梁為例驗(yàn)算聯(lián)梁配筋：按斷面 b×h 為240 mm×370 mm 驗(yàn)算，b 取豎向梁高240 mm，h 取墻厚 370 mm，線荷載標(biāo)準(zhǔn)值為墻傳遞的支座反力 21.35 kN/m2?；炷翉?qiáng)度 C30，鋼筋 Ⅲ 級，單側(cè)計(jì)算配筋 As=590 mm2，實(shí)配 316，As=603 mm2，計(jì)算配筋小于實(shí)際配筋，滿足規(guī)范要求。箍筋計(jì)算按構(gòu)造配筋即可。故聯(lián)梁承載力滿足規(guī)范要求。

3.2.3 排架柱承載力驗(yàn)算

排架計(jì)算要同時(shí)組合考慮豎向荷載（恒載為屋面自重、活載為雪荷載）、糧食水平力、風(fēng)荷載等，不考慮地震作用，糧食水平力為墻體聯(lián)梁對柱子的支座反力，分項(xiàng)系數(shù)取 1.3，計(jì)算時(shí)要注意對左右柱同時(shí)存在或消失。排架計(jì)算簡圖如圖 7 所示。混凝土強(qiáng)度 C30，鋼筋 Ⅲ 級，按 PKPM 軟件計(jì)算，排架柱下端單側(cè)計(jì)算配筋 As=2 685 mm2，實(shí)配 625，As=2 945 mm2，計(jì)算配筋小于實(shí)際配筋，滿足規(guī)范要求。箍筋計(jì)算按構(gòu)造配筋即可。故排架柱承載力滿足規(guī)范要求。

3.2.4 山墻柱承載力驗(yàn)算

按本工程實(shí)際工況，山墻柱是上端自由下端固定的懸臂柱，計(jì)算高度取基礎(chǔ)杯口至柱頂高度。水平力計(jì)算簡圖如圖 7 所示。

混凝土強(qiáng)度 C30，鋼筋 Ⅲ 級，按 PKPM 軟件計(jì)算，山墻柱下端單側(cè)計(jì)算配筋 As=3 982 mm2，實(shí)配 625，As=2 945 mm2，計(jì)算配筋大于實(shí)際配筋。箍筋計(jì)算按構(gòu)造配筋即可。故排架柱承載力不滿足規(guī)范要求。在糧食水平力作用下，柱頂最大位移計(jì)算值為 26 mm。

3.2.5 基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算［5-6］

以獨(dú)立基礎(chǔ) 1/D（J3）為例驗(yàn)算承載力，計(jì)算簡圖見圖 8 所示?；A(chǔ)承載力驗(yàn)算結(jié)果如表 1 所示。

圖8 基礎(chǔ)計(jì)算簡圖（單位：mm）

3.2.6 基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算

以獨(dú)立基礎(chǔ) 1/D（J3）為例驗(yàn)算滑移穩(wěn)定，基礎(chǔ)抗滑移驗(yàn)算結(jié)果如表 2 所示。

表1 基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算結(jié)果匯總表

表2 基礎(chǔ)抗滑移驗(yàn)算結(jié)果表

3.3 結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果

按照現(xiàn)場檢測資料，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，該工程主體結(jié)構(gòu)山墻柱的抗彎承載力不能滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求，縱墻（A、H 軸）在標(biāo)高 2.50～4.50 m 范圍墻體彎曲抗拉強(qiáng)度的抗力與作用效應(yīng)（R/r0S）比值大于 0.90，滿足 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》表 6.4.2 中 b 級 0.90 的規(guī)定。其余構(gòu)件滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。糧食堆放高度 6 m 時(shí)山墻柱頂水平位移計(jì)算值為 26 mm。

4 安全性鑒定評級

綜合構(gòu)件承載能力、構(gòu)造和連接對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性等級進(jìn)行評定，根據(jù) GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 7.3 條規(guī)定，上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級評為 C 級。本工程地基承載力較高，無軟弱土層，建成至今已 2 年有余，從現(xiàn)場查看情況分析，未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)不均勻沉降引起的墻體開裂、建筑物沉降下陷的現(xiàn)象。通過開挖南山墻基礎(chǔ)進(jìn)行量測，基礎(chǔ)尺寸和埋深基本符合設(shè)計(jì)要求，開挖范圍基礎(chǔ)沒有發(fā)生裂縫、傾斜和明顯的變形。依據(jù) GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 7.2.2 條綜合評定地基基礎(chǔ)的安全性等級為 B 級。

根據(jù) GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 7.1.1 條規(guī)定，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性等級，應(yīng)根據(jù)地基基礎(chǔ)和上部承重結(jié)構(gòu)的評定結(jié)果按其中較低等級確定。因此，該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性等級應(yīng)評為 C 級，即該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，影響整體安全。

5 結(jié)語

通過現(xiàn)場檢測和復(fù)核驗(yàn)算，南山墻內(nèi)側(cè)上沿粉刷層松動(dòng)脫落，鋼支撐脫開，是由于設(shè)計(jì)模型有誤，山墻柱設(shè)計(jì)斷面小、配筋不足、施工屋蓋系統(tǒng)未與山墻圈梁可靠連接、墻體向外位移等造成的。山墻柱應(yīng)加固處理。其余構(gòu)件均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

散裝糧庫結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與其他工業(yè)民用建筑差異較大，設(shè)計(jì)人員如果沒有完全熟悉理解規(guī)范，容易造成計(jì)算錯(cuò)誤。本文通過對某散裝糧食倉庫安全性鑒定案例分析，對類似糧庫設(shè)計(jì)施工鑒定具有一定的借鑒意義。