某钢筋混凝土筒仓结构检测鉴定

李红超，刘 岩，韩 朋

（1.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013；2.中国建筑技术集团有限公司，北京 100013）

0 引言

2019 年 6 月四川宜宾发生 6.0 级地震，该地区某水泥厂内一筒仓出现裂缝。该筒仓为单排双连体圆形钢筋混凝土结构，直径（内径）12 m，高度 36 m，筒仓壁厚300 mm。该筒仓建筑安全等级二级，抗震设防烈度 6 度（0.05g），丙类设防［1］。该筒仓使用用途为存储制备水泥的原材料（常温状态），筒仓结构平面图如图 1 所示。为了评估该筒仓震后的结构现状，通过对结构主要参数的检测和结构承载力复核，综合评定其可靠性等级，并提出相应处理措施。

图1 筒仓结构平面图（单位：mm）

1 现场检测

现场检测以无损检测为主，采用混凝土回弹仪、钢筋探测仪、全站仪、钢卷尺、游标卡尺等仪器设备对筒仓截面尺寸、混凝土强度、钢筋配置、垂直度进行检测，并对地基基础工作状态、结构外观质量及损伤情况进行检查［2］。

1.1 外观质量及损伤情况

经检查发现，筒壁底部多处存在交叉斜裂缝，且多分布在门洞的两侧，最大宽度 0.5 mm；筒壁底部存在 1 道水平裂缝，最大宽度 0.3 mm；筒壁上部及仓壁未发现明显开裂。筒仓底部出现裂缝的位置如图 1 中 ①～⑨所示，典型裂缝照片及裂缝分布走向如图 2～5 所示，检查结果如表 1 所示。

图2 位置③处裂缝照片及示意图

图3 位置⑥处裂缝照片及示意图

图4 位置⑧处裂缝照片及示意图

图5 位置⑨处裂缝照片及示意图

表1 筒仓裂缝检查结果

受地震作用，筒壁下部承受的地震剪力较大。根据上述裂缝的分布位置及走向，可判定裂缝主要是由地震作用引起的。

1.2 其他项目检测结果

1）混凝土强度。所测沿筒壁、仓壁环向和竖向的混凝土强度推定值分别为 42.3 MPa 和 42.7 MPa，均满足设计强度等级 C40 的要求。

2）截面尺寸。所测筒壁壁厚满足设计及规范要求。

3）钢筋配置情况。所测筒壁、仓壁的环向和竖向钢筋间距均满足设计及规范要求。

4）构筑物垂直度。所测该构筑物最大倾斜率对应的侧向位移为 20.5 mm，相当于 H/1 390（H 为测点高差），满足 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》规定限值 H/500 的要求。

5）地基基础工作状态。未发现因地基与基础出现较大沉降或不均匀沉降引起的上部结构损坏迹象。

2 结构承载力复核

根据相关规范标准以及现场检测结果，采用 YJK 系列软件，对该结构承载力进行复核。结构有限元模型与网格划分如图 6 所示。

图6 筒仓结构有限元模型

2.1 计算参数

结构混凝土强度等级 C40，容重 25 kN/m3；纵向受力钢筋 HRB400 级，箍筋 HPB300 级；筒仓 1 贮料容重：14.0 kN/m3，筒仓 2 贮料容重：15.1 kN/m3；筒仓 1 贮料内摩擦角：33°，筒仓 2 贮料内摩擦角：35°；筒仓 1 和筒仓 2 库存容量各为 3 000 t；基本风压：0.3 kN/m2，地面粗糙度类别：B 类；抗震设防烈度 6 度（0.05g），设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类；结构自重由程序自动计算；仓顶恒荷载根据实测建筑做法确定，并根据GB 50009－2012《建筑结构荷载规范》［3］取值；设备荷载根据设备的工艺参数，并参照 GB 50077－2017《钢筋混凝土筒仓设计标准》［4］的有关规定计算确定。

2.2 结构计算结果

1）经软件计算分析，仓壁与仓底板交接范围应力集中。仓底 0.3 m 高度处仓壁承载力不满足要求，其余仓壁及筒壁承载力均满足要求。恒载作用下筒仓结构应力云图如图 7 所示；筒仓 1 满仓时结构应力云图如图 8 所示；筒仓 2 满仓时结构应力云图如图 9 所示；X向风荷载作用下结构应力云图如图 10 所示；X向地震作用下结构应力云图如图 11 所示。

图7 恒载下筒仓结构应力云图

图8 筒仓 1 满仓时结构应力云图

图9 筒仓 2 满仓时结构应力云图

图10 X 向风荷载下结构应力云图

图11 X 向地震作用下结构应力云图

2）考虑仓壁固端约束的边界效应，参照 GB 50077 －2017《钢筋混凝土筒仓设计标准》第 5.2.1 条规定，依据公式 5.2.1-3～5.2.1-7 进行复核计算，其中，贮料总高度h=19 m，筒仓（内）半径r=6 m，仓壁厚度t=0.30 m，仓壁底部水平侧压力p=102 kN/m（软件计算结果），泊松比μc=0.2。

经计算仓底弯矩M0=51.2kN·m，仓底剪力V0= 102.2 kN。

依据 GB 50077－2017《钢筋混凝土筒仓设计标准》中公式 5.2.1－1、5.2.1－2计算仓底 0.3 m 高度处的弯矩和剪力。依据 GB 50077－2017《钢筋混凝土筒仓设计标准》附录 E，函数ψ=0.488 8，函数θ=0.707 7，函数ζ=0.218 9。

经计算，仓底 0.3 m 高度处的弯矩My=24.35 kN·m，仓底 0.3 m 高度处的剪力Vy=28.2 kN。

根据以上计算结果，依据 GB 50010－2010《混凝土结构设计规范》［5］（2015 年版）对仓底 0.3 m 高度处截面进行抗剪以及受弯承载力验算，取 1 000 mm 宽度仓壁进行验算。根据规范第 6.3.1 条，公式 6.3.1-1，抗剪承载力V=1 193.75 kN＞计算剪力Vy=28.2 kN，故受剪截面满足要求；根据规范第 6.2.10 条，经计算，实配钢筋为 565 mm2（纵筋直径 12 mm，间距 200 mm）大于计算配筋为 273 mm2，故抗弯承载力满足要求。综上，仓底 0.3 m 高度处截面抗剪以及受弯承载力验算结果均满足要求。

3 结构鉴定

3.1 抗震鉴定

根据 GB 50191－2012《构筑物抗震设计规范》［6］第 3.1.2 条规定，该构筑物抗震设防烈度为 6 度可不进行地震作用计算，仅需核查其抗震措施。经核查，该构筑物抗震措施均符合 GB 50191－2012《构筑物抗震设计规范》的规定。

3.2 可靠性鉴定

依据 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》［7］的相关规定，对该构筑物的可靠性进行鉴定评级。结构系统可靠性鉴定评级分为地基基础、仓体与支撑结构、附属设施三个子系统的可靠性鉴定评级，子系统根据其安全性等级及使用性等级综合进行评定，附属设施评定可不参与鉴定单元的评级。

3.2.1 地基基础子单元

根据现场检测结果，未发现结构明显沉降、偏斜等状况，考虑上部结构现状综合评定该构筑物地基基础可靠性等级评为 A 级。

3.2.2 仓体与支撑结构子单元

根据现场检测结果，筒壁下部多处存在交叉斜裂缝，最大宽度 0.5 mm，大于 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》表 6.2.5-1 规定的 C 级要求，仓体与支撑结构的可靠性等级评为 C 级。

3.2.3 附属设施子单元

未发现附属设施损坏，工作性能良好，附属设施的可靠性等级评为 A 级。

3.2.4 结构可靠性鉴定

综合地基基础、仓体与支撑结构和附属设施的可靠性评级结果，鉴定单元的的可靠性等级评为三级，如表 2 所示。

表2 鉴定单元可靠性鉴定评级

4 处理措施

1）宽度＜ 0.3 mm 的裂缝。①首先用钢丝刷清除表面浮尘，然后用毛刷蘸酒精将裂缝两侧擦拭干净，并晾至干燥状态；②在裂缝两侧涂一层环氧树脂基液，然后涂抹一层环氧树脂胶泥，涂抹时应避免产生气泡，保证封闭。

2）宽度 0.3～0.5 mm 的裂缝。①沿裂缝凿出V形槽，清除槽内粉尘、碎屑；②埋设灌胶嘴；③封闭除灌胶嘴以外的裂缝；④压气试漏；⑤将灌缝胶灌入裂缝；⑥拆除灌胶嘴，将埋设灌胶嘴处表面抹平［8］。

5 结语

1）通过对筒壁裂缝的分布位置及走向分析，可判定裂缝主要是由地震作用引起。

2）经 YJK 软件计算和手算复核，该筒仓结构承载力满足要求。

3）根据检测和承载力复核结果，经鉴定，该筒仓结构的可靠性等级为三级，主要原因是筒壁下部多处存在交叉斜裂缝，最大宽度 0.5 mm，大于 GB 50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》规定的 c 级要求。

4）根据检测鉴定结果，对筒仓存在的裂缝提出了相应的处理措施。Q