某散裝糧食倉庫安全性鑒定

王 義，彭建和，凌建璋

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

0 引言

隨著國家對糧食儲備的重視，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構的散裝糧食倉庫。糧庫投入使用以來，墻體開裂、外傾，墻屋面滲水等質量問題屢屢發生。究其原因，散裝糧食倉庫結構構件受力復雜，豎向荷載和糧食水平推力對結構共同作用，設計人員沒有完全理解規范，對荷載系數的取值有誤，結構計算模型不正確，導致有的構件承載力不足、墻柱位移過大等問題。施工單位多為資質較低的施工隊伍，墻體砂漿強度達不到設計要求，工人沒有安裝大型預制屋架和屋面板的經驗，預制構件連接少焊、漏焊成為普遍現象。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。

1 概述

某糧站散裝糧食倉庫（見圖 1～ 2），設計儲糧品種按小麥密度 8 kN/m3設計，或密度≤8 kN/m3的其他糧食品種設計。設計裝糧高度為糧食平堆高度≤6 m。目前該糧倉為滿倉狀態，未超載，儲糧品種為三等混合小麥。該工程設計使用年限為 50 年，建筑結構安全等級為二級，為丙類建筑，抗震設防烈度為 Ⅵ 度。糧庫寬 21 m，長 60 m，檐口標高 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構，屋架采用預應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 預應力屋面板，屋蓋支撐為角鋼拼接構件。外圍墻采用 370 mm 厚燒結黏土磚墻，山墻抗側力柱間距 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立基礎，墻下采用混凝土條形基礎，基礎設計埋深 2.30 m。

圖1 糧庫工程現狀圖

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，至今發現屋面和墻面有多處滲水，1～2 軸鋼結構垂直支撐上部桿件與南山墻（1 軸）連接的鋼板預埋件發生側板脫開現象，南山墻（1 軸）內側上沿粉刷層有松動脫落現象。現為了解該工程現有工程質量及結構安全狀況，并給工程下一步處理提供相關技術資料，業主單位委托對該工程進行結構安全性鑒定。

2 現場檢測結果［1-2］

2.1 結構布置與構造連接檢測

在工程現場采用必要的儀器設備進行檢查與測量，對工程實體進行核查。

1）結構布置。經核查，本工程結構形式采用的是排架與山墻混合承重結構體系，與設計圖紙相符。屋面板、屋架、排架柱、山墻柱、墻體、墻梁、屋蓋支撐等結構布置與設計圖紙相符。

2）構造連接。經檢測，排架柱與墻體拉墻筋間距符合設計要求，屋蓋鋼結構支撐構件布置符合設計要求。1～2 軸屋蓋支撐鋼系桿與山墻圈梁處連接的預埋鋼板脫開，此預埋鋼板沒有與圈梁有效錨固，經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 預埋鋼板與圈梁沒有有效錨固

圖4 屋蓋結構系統

2.2 結構外觀質量檢測

該工程已經投入使用，檢測時，庫內散裝糧食6 m 高，未超載。經查看檢測工程外觀結構質量如下所述。

1）屋蓋結構。經查看預制屋面板及屋架構件表面平整，密實度較高，未發現結構裂縫和露筋、露石等缺陷。

2）內外墻面。鑿開部分墻、柱、梁搪粉層，發現鑿開構件的梁柱混凝土和磚墻結構面外觀質量尚可，梁柱混凝土表面密實度較高，未發現結構裂縫和露筋、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）內側上沿粉刷層有松動脫落現象，經鑿開粉刷層，發現是由于墻體向外位移造成的。

2.3 柱、梁、基礎混凝土強度檢測

所檢測構件現齡期混凝土抗壓強度均滿足設計強度等級的要求。

2.4 柱、梁結構配筋

所檢測構件主筋根數與設計相符，箍筋間距滿足設計要求，縱向鋼筋保護層厚度較規范值略厚。

2.5 砌體砂漿及磚抗壓強度

所檢測墻體的砌筑砂漿及磚抗壓強度推定值滿足設計強度等級的要求。

2.6 軸網尺寸及構件幾何尺寸

所檢測的結構軸網尺寸及柱、梁截面尺寸滿足設計及規范要求。

2.7 結構頂點側向位移

支撐錨板脫開對應山墻柱頂點側向位移（包含施工誤差等）超過 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》中不適于繼續承載的側向位移限值。所檢測的 3 面墻頂點及其余 3 根柱頂點側向位移（包含施工誤差等）未超過 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》中不適于繼續承載的側向位移限值。

2.8 基礎構件幾何尺寸及埋深

所抽檢基礎的基礎埋深滿足設計要求，基礎型式與設計相符，基底、變階處的幾何尺寸基本滿足設計要求。

3 結構計算模型、受力特點和復核驗算

3.1 結構計算模型和受力特點［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。

2）構件計算模型。①墻體：計算時墻體視為簡支梁（梁寬 1 m 為計算單位）。要注意墻體為壓彎構件，抗彎計算拉應力要減去墻體自重和糧食產生的對墻體摩擦力。②墻梁：墻體內鋼筋混凝土臥梁并非構造圈梁，而是水平受彎的連續梁，需要計算配筋。③排架：排架要同時組合考慮豎向荷載、糧食水平力、風荷載等。要注意糧食水平力是活荷載，對左右柱同時存在或消失。根據 GB 50320－2014《糧食平房倉設計規范》條文說明第 5.1.6 條，糧食側壓力系數 k 按糧庫設計規范附錄 B 取0.405 9。④山墻柱：按現在國標圖集通常的設計做法，山墻柱是上端自由下端固定的懸臂柱。圖集預制屋面板支座僅為點焊，與鋼支撐一樣，不能作為約束柱移動的構件。本工程設計時按上端鉸接下端固定，計算模型有誤，經復核柱配筋不滿足規范要求，柱頂位移偏大。⑤基礎：基礎除了要計算承載力外，還要計算抗滑移穩定是否滿足糧庫設計規范要求。要注意計算基礎承載力時，要考慮糧食對墻體產生的摩擦力和糧食在基礎上的重量對基礎產生的附加力。根據糧食平房倉設計規范條文說明第 5.1.6 條，計算基礎時糧食側壓力系數 k 取0.356 2，糧食對墻面摩擦系數 tg δ 取 0.4。

3.2 復核驗算［4］

3.2.1 墻體承載力驗算

GB 50320－2014《糧食平房倉設計規范》第6.2.5 條規定，墻體要計算抗彎和沿水平聯梁通縫抗剪強度。

1）墻體單位寬度糧食側壓力計算如圖 5 所示。

2）墻體計算簡圖如圖 6 所示。

3）以 Q3 為例驗算抗彎強度（墻體外側拉應力效應 比）。磚強度 M=10 MPa，砂漿強度 M=7.5 MPa，查得彎曲抗拉強度設計值 fun=0.14 MPa。計算長度按凈跨取 1.26 m，糧食水平荷載分項系數取 1.3。

圖5 單位寬度墻體糧食側壓力圖（標準值）（單位：mm）

圖6 墻體水平荷載作用下計算簡圖

圖7 排架和山墻柱計算簡圖（其余單位：mm）

經計算，Q 3 在糧食側壓力作用下最大彎矩M1=6.56 kN·m，距上支座 1.36 m，糧食產生的豎向摩擦力形成的彎矩M2=0.754 kN·m，Q3 實際承受的彎矩 M3=M1-M2=5.81 kN·m。M3作用下 Q3 外側拉應力：M3/W=5.81/0.022 8=255（kN/m2），墻體自重壓應力為 113 kN/m2，Q3 墻體外側拉應力為：255-113=142 kN/m2=0.142 MPa＞fun=0.14 MPa 抗力與荷載作用效應比為 0.986，大于 0.90，滿足 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》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比均大于 1，滿足規范要求。

4）以 Q1 為例驗算墻體通縫抗剪強度。

按 GB 5003－2011《砌體結構設計規范》第 5.5.1 條公式，Q1 下端墻自重水平截面壓應力 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 通縫抗剪強度滿足規范要求。

3.2.2 墻體聯梁承載力驗算

以 2.5 0 m 標高梁為例驗算聯梁配筋：按斷面 b×h 為240 mm×370 mm 驗算，b 取豎向梁高240 mm，h 取墻厚 370 mm，線荷載標準值為墻傳遞的支座反力 21.35 kN/m2。混凝土強度 C30，鋼筋 Ⅲ 級，單側計算配筋 As=590 mm2，實配 316，As=603 mm2，計算配筋小于實際配筋，滿足規范要求。箍筋計算按構造配筋即可。故聯梁承載力滿足規范要求。

3.2.3 排架柱承載力驗算

排架計算要同時組合考慮豎向荷載（恒載為屋面自重、活載為雪荷載）、糧食水平力、風荷載等，不考慮地震作用，糧食水平力為墻體聯梁對柱子的支座反力，分項系數取 1.3，計算時要注意對左右柱同時存在或消失。排架計算簡圖如圖 7 所示。混凝土強度 C30，鋼筋 Ⅲ 級，按 PKPM 軟件計算，排架柱下端單側計算配筋 As=2 685 mm2，實配 625，As=2 945 mm2，計算配筋小于實際配筋，滿足規范要求。箍筋計算按構造配筋即可。故排架柱承載力滿足規范要求。

3.2.4 山墻柱承載力驗算

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

混凝土強度 C30，鋼筋 Ⅲ 級，按 PKPM 軟件計算，山墻柱下端單側計算配筋 As=3 982 mm2，實配 625，As=2 945 mm2，計算配筋大于實際配筋。箍筋計算按構造配筋即可。故排架柱承載力不滿足規范要求。在糧食水平力作用下，柱頂最大位移計算值為 26 mm。

3.2.5 基礎承載力驗算［5-6］

以獨立基礎 1/D（J3）為例驗算承載力，計算簡圖見圖 8 所示。基礎承載力驗算結果如表 1 所示。

圖8 基礎計算簡圖（單位：mm）

3.2.6 基礎抗滑移穩定驗算

以獨立基礎 1/D（J3）為例驗算滑移穩定，基礎抗滑移驗算結果如表 2 所示。

表1 基礎承載力驗算結果匯總表

表2 基礎抗滑移驗算結果表

3.3 結構復核驗算結果

按照現場檢測資料，對結構進行復核驗算，該工程主體結構山墻柱的抗彎承載力不能滿足現行設計規范要求，縱墻（A、H 軸）在標高 2.50～4.50 m 范圍墻體彎曲抗拉強度的抗力與作用效應（R/r0S）比值大于 0.90，滿足 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》表 6.4.2 中 b 級 0.90 的規定。其余構件滿足現行設計規范要求。糧食堆放高度 6 m 時山墻柱頂水平位移計算值為 26 mm。

4 安全性鑒定評級

綜合構件承載能力、構造和連接對混凝土結構構件的安全性等級進行評定，根據 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》第 7.3 條規定，上部承重結構安全性等級評為 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，從現場查看情況分析，未發現基礎不均勻沉降引起的墻體開裂、建筑物沉降下陷的現象。通過開挖南山墻基礎進行量測，基礎尺寸和埋深基本符合設計要求，開挖范圍基礎沒有發生裂縫、傾斜和明顯的變形。依據 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》第 7.2.2 條綜合評定地基基礎的安全性等級為 B 級。

根據 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》第 7.1.1 條規定，結構系統的安全性等級，應根據地基基礎和上部承重結構的評定結果按其中較低等級確定。因此，該結構系統的安全性等級應評為 C 級，即該結構系統不符合國家現行標準規范的安全性要求，影響整體安全。

5 結語

通過現場檢測和復核驗算，南山墻內側上沿粉刷層松動脫落，鋼支撐脫開，是由于設計模型有誤，山墻柱設計斷面小、配筋不足、施工屋蓋系統未與山墻圈梁可靠連接、墻體向外位移等造成的。山墻柱應加固處理。其余構件均滿足設計和規范要求。

散裝糧庫結構受力復雜，結構計算模型與其他工業民用建筑差異較大，設計人員如果沒有完全熟悉理解規范，容易造成計算錯誤。本文通過對某散裝糧食倉庫安全性鑒定案例分析，對類似糧庫設計施工鑒定具有一定的借鑒意義。