武冠楠
(南京丰源建筑设计有限公司,江苏 南京 210000)
江苏省某栋机械化粮食平房仓占地面积2685.3m2,平面尺寸78.2m×40.5m,建筑面积3297.4m2,建筑高度24m,单仓仓容2.15 万t,储粮品种为小麦,仓内散装粮食采用斜堆方式,斜堆靠檐墙最高点为8m,斜堆中间最高点16.184m。本工程采用单层钢筋混凝土柱+钢梁组合的排架结构体系[1-2],结构设计工作年限为50 年,结构抗震等级为二级,结构安全等级为二级,地基基础设计等级为乙级。本工程每5.6m 设一榀钢筋混凝土排架柱,屋面为钢结构屋面,墙体采用490mm 厚MU10 烧结多孔砖[3]、M10 混合砂浆砌筑,为抵抗粮食对墙体的水平侧压力,沿墙体高度设置多道联梁,满足强度及抗震要求。平房仓剖面如图1 所示。
图1 平房仓剖面
该项目在土建主体施工完成后,经检测发现标高2m 以下墙体砌筑砂浆强度均不足,且墙面反碱严重,不满足设计要求,存在安全隐患,需加固处理。
现场查看平房仓墙面,砌砖墙面局部表面呈现白色粉末状斑点,属反碱所致。
墙面反碱是一般是墙体里的硅酸盐、碳酸盐遇水或潮气渗出结晶而产生的。造成本工程墙面反碱的原因是使用地下水进行砌体砂浆拌制、浸砖且本工程地处海边、材料堆放未设置隔离措施等原因。针对墙面反碱现象的处理思路包括3 个方面。
(1)砂浆原材料成本、搅拌质量严格控制。
(2)已经完成的反碱墙面进行清理和冲刷。
(3)处理完成后的墙体表面进行防护处理,抹灰层应具有足够的抗裂能力、防水性和耐久性。
具体采用以下步骤。
(1)已反碱的墙面铲除斑点,反复洗刷,用清水冲洗干净。
(2)其后,用5%~8%草酸溶液涂刷一遍墙体,让墙体的碱性充分中和。
(3)待反应完全后,先用钢丝刷将墙壁刷洗一遍,用清水自上而下清洗干净,让墙体充分干透。
根据原设计图纸,该平房仓结构形式为单层钢筋混凝土柱+钢梁组合排架结构。原传力途径:粮食侧压力→由水平联系梁间的砌体→水平联梁→柱→基础。
经现场观测原有梁柱基础均工作正常,仅墙体有反碱现象且砂浆强度低。故对此范围内砌体强度进行验算。檐墙和山墙的加固构造如图2 所示。
图2 平房仓墙身加固大样
已知檐墙±0.000 处粮食水平压力标准值最大为37kN/m2,山墙±0.000 处粮食水平压力标准值最大为48kN/m2。墙体及加固面层计算简图可看做两跨连续梁。檐墙与山墙计算如图3 所示。
图3 檐墙与山墙计算
粮食荷载由原砌体和新增面层两部分协同承担。按以下原则考虑二者协同分担比:①墙体砂浆强度不足,按降低为不足M2.5 等级考虑。②设定承载分担比,新增混凝土按扣除墙体分担荷载后的荷载进行设计,初步定荷载分担比为新增混凝土:原墙=8:2。
验算内容确定如下:①墙体受到平面外弯剪作用,分别进行平面外弯、剪承载力验算。②新增混凝土板按不允许开裂进行弯剪承载力验算(因承受正负弯矩,且考虑到开裂后的防湿,按不允许开裂验算)。
平房仓墙体内力均取1m 宽度范围内。
(1)檐墙内力计算。
弯矩计算:n=1.1/0.9=1.2。
MB跨中=内力系数×分项系数×ql12=-0.155×1.3×37×0.9×0.9=-6.039kN·m。
MBC=内力系数×分项系数×ql12=0.1108×1.3×37×1.1×1.1=6.449kN·m。
MBA=内力系数×分项系数×ql12=0.0595×1.3×37×0.9×0.9=2.318kN·m。
剪力计算:最大剪力系数0.625。
VB右=内力系数×分项系数×ql2=0.625×1.3×37×1.1=33.07kN。
(2)山墙内力计算。
弯矩计算如下。
MB跨中=内力系数×分项系数×ql12=-0.1388×1.3×48×0.8×0.8=-5.543kN·m。
MBA=内力系数×分项系数×ql12=0.0653×1.3×48×0.9×0.9=3.301kN·m。
MBC=内力系数×分项系数×ql12=0.0898×1.3×48×0.8×0.8=3.586kN·m。
剪力计算:最大剪力系数0.625。
VB右=内力系数×分项系数×ql2=0.625×1.3×48×0.9=35.1kN。
根据以上计算,控制弯矩取6.45kN·m,控制剪力为35.1kN。
3.3.1 墙体承载验算
(1)受剪验算。根据《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)[4],砂浆M2.5 时,fv=0.08N/mm2,因砌筑高度较小不考虑上部压应力。有弯矩存在时:×490=26.13kN<35.1kN,所以加固是必要的。
设原墙体分担20%,26.13kN>35.1×0.2=7.02kN。
(2)受弯验算。因为受力状态为竖向受弯,破坏面为砂浆通缝,ftm=0.08N/mm2。
设原墙体分担20%,3.2kN>6.45×0.2=1.29kN。
3.3.2 新增混凝土墙板验算
(1)正截面受弯验算。根据《混凝土结构设计规范(2015 年版)》(GB 50010—2010)[5]。
常规计算方法如下。
承担弯矩为6.45×0.8=5.16kN·m。控制最大拉应力不超过C30 混凝土抗拉强度ft=1.43N/mm2;ftk=2.01N/mm2。2.01N/mm2,不满足要求。
计算支座边缘界面如下。
将弯矩计算至水平梁边缘截面,取计算跨度为1.05ln=1.05×0.8=0.84m,可控的可变荷载分项系数可取1.3。则弯矩设计值下限值可为MBC=内力系数×分项系数×ql12=0.1108×1.3×37×0.84×0.84=3.76kN·m。
考虑砌体和混凝土协同工作计算如下。
墙体总厚度为80+490=570mm。Mu=ftmW=0.08×且>3.76kN·m。即在超载不超过20%,且原砂浆强度不低于M2.5 时,加固构造满足抗裂要求。
将混凝土层厚度增大到100mm。此时,情况如下。
(2)斜截面受剪承载力验算。当板厚取100mm 时,Vu=0.7ftbh0=0.7×1.43×1000×(100-20)=80.08kN>35.1kN,满足要求。
原墙体外侧保持原构造措施不变,采用抗碱水泥砂浆和抗碱聚合物砂浆,满布1.0 镀锌钢丝网。墙体内侧增加φ6@200 单层双向钢筋网片,喷射100mm 厚C30 混凝土。
墙体内侧施工步骤:原表面用草酸洗墙后用钢刷扫毛冲净→设置双排拉结筋8@400 值入连梁内→喷射50mm 厚C30 混凝土(掺入阻锈剂)→安装φ6@200 钢筋网片→喷射50mm 厚C30 混凝土(掺入阻锈剂)→12mm 厚1:3 抗碱水泥砂浆打底扫毛→刷素水泥浆一道(内掺水重5%建筑胶)→8mm 厚1:2 聚合物抗碱水泥防水砂浆粉面(内掺抗裂纤维)→保养→检查验收。
(1)基层处理。对于光滑墙表面或水平拉梁光滑表面,应对其表面进行“毛化”处理。其方法有两种:第一种为表面用尖钻剔毛,剔去光面,使其表面粗糙不平,用水湿润基层;另一种方法是将光滑的表面清扫干净,用10%火碱水除去混凝土表面的油污后,将碱液冲洗干净后晾干,采用机械喷涂或用笤帚甩上一层1:1 稀粥状水泥细砂浆(内掺20%的107 胶水),使其凝固在光滑的基层表面,用手掰不动为好。对混凝土水平梁表面,本项目采用第一种方法,凿毛平均凹凸深度不小于6mm。
对于砌体墙表面,草酸洗墙后用钢丝刷刷毛墙面,除去浮渣,用自来水冲净。
(2)植筋。障碍物清理→定位→基层表面处理→钻孔→清孔→钢筋除锈→配制植筋胶→植筋→养护固化→质量检验。
(3)第一次浇筑混凝土。采用喷射工艺均匀第一次喷射C30 混凝土,厚度不小于50mm 抹压密实,厚度误差不大于5mm。
(4)安装钢筋网。考虑混凝土板较长,应在板的表面双向配置防裂构造钢筋。本工程钢筋网采用φ6@200单层双向钢筋;将钢筋网固定在墙体表面拉结筋处,同时与8@400 钢筋绑扎。
(5)第二次浇筑混凝土。采用喷射工艺第二次均匀喷射50mm 厚C30 混凝土,抹压密实;两次喷射总厚度不小于100mm。完成后应进行压平,总厚度误差不大于5mm。
(6)抹底层砂浆。混凝土浇筑完成后,进行防护面层施工。抹1:3抗碱水泥砂浆,每遍厚度为5~7mm,应分层与所充筋抹平,并用大杠刮平、找直,木抹子搓毛。
(7)抹面层砂浆。底层砂浆抹好后,第二天即可抹面层砂浆,首先将墙面洇湿,刷素水浆一道。面层砂浆配合比为1:2 抗碱水泥砂浆粉面内掺抗裂纤维,厚度为8mm。
目前,本工程已竣工使用数年,未发现墙体裂缝、粉刷脱落等任何影响安全的问题。因此,理论及工程实践证明采用此方法加固,满足工程安全及使用要求。