砖混结构事故分析实例

第十章砖混结构裂缝分析实例10.1返回总目录第10章砖混结构裂缝分析实例第十章砖混结构裂缝分析实例10.2教学提示：砖混结构在今后长期仍将是广大农村覆盖面最广的一种结构形式。砖混结构脆而易裂，是影响建筑寿命的最大克星。研究和防治砖混结构裂缝问题是工程师一大职责。教学要求：引导学生从砖混结构裂缝实例中去认识与总结砖混结构设计与施工中存在的问题，并对农村建设工作加强指导。第十章砖混结构裂缝分析实例10.3自从水泥问世以后，砖混结构就逐渐成了我国城镇建设的一种主要结构形式。尤其是建国以后，百废待兴，开始了大规模的建设，而木材与钢材资源却十分紧缺，平屋顶的砖混结构，无疑是节约木材与钢材的最佳选择。即便在今后长期的广大农村建设中，砖混结构仍然将是最受欢迎的。但是砖混结构的最大特点就是抗裂能力偏低，尤其是多层平顶砖混结构，如果以单体工程为统计单位，真可以说无房不裂。第十章砖混结构裂缝分析实例10.4因此自从20世纪50年代末以来，国内国外工程学术界就对砖混结构裂缝问题给予了充分的关注，也取得了很多成果。但是关于在实际工程中如何有效地控制砖混结构裂缝这一课题，仍然有很多研究工作需要做。本章将结合一些工程实例作一些探讨。第十章砖混结构裂缝分析实例10.5砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或者砌块砌筑，横向承重的梁、楼板、屋面板等采用钢筋混凝土结构。也就是说砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构。砖混结构是混合结构的一种，是采用砖墙来承重，钢筋混凝土梁柱板等构件构成的混合结构体系。适合开间进深较小，房间面积小，多层或低层的建筑，对于承重墙体不能改动，而框架结构则对墙体大部可以改动。第十章砖混结构裂缝分析实例10.6•砖混结构裂缝的普遍性与严重性•典型砖混结构裂缝调查六例•砖混结构裂缝的特征及产生原因本章内容第十章砖混结构裂缝分析实例10.7砖混结构裂缝的普遍性与严重性由于砖混结构中竖向承重构件——砖墙、砖柱的材料来源广泛，易就地取材，施工简便，以手工操作为主，因而造价相对低廉，所以得到了广泛的应用。大量住宅、宿舍、办公楼、学校、医院等单层或多层建筑大多采用砖、石或砌块墙体(承重、分隔、围护作用)和钢筋混凝土楼盖共同组成的混合结构体系。第十章砖混结构裂缝分析实例10.8砌体属于脆性材料，本身抗裂能力低；砌体与钢筋混凝土之间在材料性质上有很大的差别，变形协调性较差，这些都是造成砌体结构裂缝现象比较严重的原因。当然引起砌体结构质量缺陷和质量事故的原因是多方面的，现综述如下。第十章砖混结构裂缝分析实例10.9砖混结构裂缝的普遍性与严重性一.设计方面主要原因(1)设计马虎，草率参照或套用相类似工程的施工图样作设计，而不进行校核和计算。(2)结构方案欠妥，比如空旷房屋的整体刚度问题、稳定性问题没有得到关注。(3)满足于墙体总的承载力的计算，但忽视了墙体稳定性和局部承压的验算。(4)强调计算结果，忽略构造要求。第十章砖混结构裂缝分析实例10.10二.施工方面原因(1)砌筑质量差。砌体结构为手工操作，而墙体强度的高低与砌筑质量有密切关系。施工管理不善、质量把关不严是造成砌体结构事故的重要原因。(2)在墙体上任意开洞，或拆了脚手架，但脚手眼未及时填好或填补不实，过多地削弱了结构构件截面。第十章砖混结构裂缝分析实例10.11砖混结构裂缝的普遍性与严重性(3)在施工过程中，对一些高大墙体未加临时支撑，如遇到大风大雨等不利因素将造成失稳破坏。(4)砂浆配合比不准确，或含杂质过多，因而本身强度不足，或保水性差、流动性差，都会造成墙体承载力下降，严重的会引起倒塌。第十章砖混结构裂缝分析实例10.12如上所述，砌体结构不可避免会出现各种裂缝。一些裂缝，虽不影响建筑物的近期使用，也不影响建筑物结构的承载力、刚度及完整性，但会降低砌体结构的耐久性。还有一些裂缝表现为采用材料的强度不足，或表现为结构构件截面尺寸不够，或表现为连接构造质量不可靠。这类裂缝威胁到结构的承载力和稳定性，如不及时治理，可能导致局部或整体的破坏，会带来人员的伤亡和经济上的巨大损失。第十章砖混结构裂缝分析实例10.13典型砖混结构裂缝调查六例一.砖砌体因承载力不足造成的质量事故某三层轻工业厂房，预制楼板，现浇两跨钢筋混凝土连续梁，外砖墙内砖柱承重；砖柱截面490mm×490mm，采用MU10砖、M10水泥混合沙浆砌筑；基础为三七灰土，上砌毛石，砖墙基础底面宽1300mm，砖柱基础底面积为1400mm×1400mm，地基设计承载力ƒ=150kN/m2，如图10.1(a)、(b)所示。第十章砖混结构裂缝分析实例10.14典型砖混结构裂缝调查六例第十章砖混结构裂缝分析实例10.15该房屋主体结构完工时，几个底层砖柱就发生严重的竖向裂缝。其中最严重的位于⑧轴线，裂缝最宽处达8mm～10mm，长1.5m左右，说明该砖柱已濒临破坏，如图10.1(c)所示。发现裂缝后，随即对各层砖柱进行加固，加固方案为四角外包角钢∟75mm×75mm×6mm，角钢间用缀条连接，如图10.1(d)所示，但加固方案并未能取得成效。第十章砖混结构裂缝分析实例10.16典型砖混结构裂缝调查六例事故原因分析和处理如下：(1)中间砖柱承载力按轴心受压算允许承载力只有913.36kN，而该柱所承受的荷载(算至0.000标高)却有1166kN。超载252.64kN。由于施工质量不高，该柱在恒载和施工荷载作用下就产生了裂缝。第十章砖混结构裂缝分析实例10.17(2)柱基础底面积按计算需要9.74m2，实际只有1.96m2，仅及计算需要的20.3%。远不能满足实际需要。结构完工时，基础之所以未发生过大沉降的原因：一是由于柱基受力尚未达到设计荷载；二是由于实际地基承载力大于150kN/m2；而因柱身的砌筑质量太差，其实际承载力远低于计算承载力。因而率先开裂，掩盖了地基的危险因素。第十章砖混结构裂缝分析实例10.18(3)本例事故原因主要是设计问题。不得不将原内砖柱承重方案改为砖墙承重方案，新添内纵横墙及其基础，将大房间改为小房间。这样，楼面荷载由梁直接传给新添墙及基础。这个修改方案虽然解决了结构问题，但在使用上却带来了很大不便。第十章砖混结构裂缝分析实例10.19典型砖混结构裂缝调查六例二.一起偶然的设计失误引起的反思某工程为三层砖混结构，现浇钢筋混凝土楼屋盖，双向支承楼板，四角区布置的大房间中各有一根钢筋混凝土大梁，如图10.2所示。第十章砖混结构裂缝分析实例10.20典型砖混结构裂缝调查六例第十章砖混结构裂缝分析实例10.21此工程竣工后，设计复查发现大梁计算跨中弯矩错了一位小数点(将65.66kN·m错写成6.566kN·m)，因而大梁主筋截面面积只及所需面积的30%，按理，它甚至无法承受楼盖自重。但是，令人惊奇的是实际结构却已经受了使用考验，50～60人在室内举行过多次会议，并曾堆积重物，而楼盖毫无破坏象征。经详细检查，仅发现二楼大梁上有宽度小于0.2mm的微细裂缝，其余梁上的裂缝更小。说明其实际拥有的承载力和安全度完全满足需要。第十章砖混结构裂缝分析实例10.22典型砖混结构裂缝调查六例后来还通过全面的荷载实验和调查分析，也证实了出现以上意外结果实际上并不奇怪，原因是以下几点。1.墙体对大梁支座的约束作用梁端插入砖墙，在计算简图中视作铰支座，但与实际情况出入较大。因为梁端支承处有墙体压住，梁垫和圈梁与大梁整浇在一起，因而梁端的角变形受到部分约束。这样，当大梁受载后，梁端会产生一定的负弯矩。第十章砖混结构裂缝分析实例10.23(1)二层大梁在30kg、60kg、90kg、120kg、150kg、200kg/m2分级加载的楼面荷载作用下，梁端约束弯矩的平均值约为按简支梁计算跨中最大弯矩的70％；在200kg/m2荷载作用下的跨中最大挠度只有0.508mm，相当于ƒ/L=1/9850；(2)三层大梁在50kg、100kg、150kg、250kg/m2分级加载的楼面荷载作用下，梁端约束弯矩的平均值为按简支梁计算跨中最大弯矩的50%；在250kg/m2荷载作用下的跨中最大挠度只有0.741mm，相当于ƒ/L=1/6750；第十章砖混结构裂缝分析实例10.24典型砖混结构裂缝调查六例(3)二、三层大梁卸载后的残余变形分别只有最大挠度的6.3%和6.2%。这个试验说明，当有梁端墙体对梁端角变形的约束时，梁的跨中弯矩会有所减小。当梁端上面所受的压力较大时(如二层)，梁跨中弯矩可减少50%左右；当这种压力较小时(如三层)，梁跨中弯矩可减少30%左右。推而广之，当这种压力为零约束完全放松时，梁跨中弯矩减少值也为零，也就是达简支梁跨中最大弯矩ql2/8的理论值。第十章砖混结构裂缝分析实例10.25(4)实验结果表明，梁端的约束程度还没有充分得到发挥。实际上，在墙体内得到安全嵌固，并与梁垫和圈梁浇筑成整体的梁头完全可以满足固端约束的要求。那么，跨中最大弯矩就可以从ql2/8下降到ql2/24，也就是下降到30%左右。歪打正着，本例由于设计上的偶然过失，少配了跨中弯矩受力筋。而实际上却正满足了结构受力的实际需要，否则，就是浪费。第十章砖混结构裂缝分析实例10.26典型砖混结构裂缝调查六例2.材料实际强度超过计算强度用回弹仪和混凝土强度测定锤测得的梁身混凝土强度均大于300kg/cm2，超过设计标号(C15号)甚多。根据现场剩余钢筋试验得到的屈服应力均大于2960kg/cm2，也超过钢筋设计时的计算强度2400kg/cm2。由此估算大梁的承载力可增大约23%。第十章砖混结构裂缝分析实例10.273.楼盖面层参与受力楼板上有焦渣混凝土层和水泥沙浆抹面层，两者共厚90mm，而且质地密实，和楼板粘结情况良好。这样，大梁的截面有效高度增加了，约可提高梁的承载能力的10%。第十章砖混结构裂缝分析实例10.284.板和梁的共同作用本设计在计算梁上荷载时不考虑梁板的共同作用，梁所承受的荷载就是板传给梁的支座反力。但实际上梁在荷载作用下会发生变形(下垂)，因而板上的荷载要发生重分布。原来传给梁的荷载有一部分直接通过板传递给四周的墙，实际上传给梁的荷载减少了。如用弹性理论考虑梁、板的变形协调，计算得出板与梁交接处的内力，就能算出梁所承受的实际弯矩。实际弯矩约比原计算弯矩小9.5%左右。第十章砖混结构裂缝分析实例10.29典型砖混结构裂缝调查六例5.以上分析说明本工程中的大梁可以继续使用，不需要进行加固根据以上案例来检讨流行的一些砖混结构构件的理论计算方法和现行的一些规范条文，认为理论与实际之间有时相去甚远，值得反思。第十章砖混结构裂缝分析实例10.30理论计算上的力学模型与结构的实际传力途径产生脱节。可以说在砖混结构中，并没有完全的简支构件，即使是全预制梁板，也并非完全简支。何况对于设计安全水准日益提高，结构整体刚度和承载力标准日益提高的以现浇梁板为主的当代砖混结构来说楼、屋面梁板，基本上都是处于部分约束甚至是全部约束条件下。而习惯中的设计方法则仍然是以偏于安全考虑为理由，一律按简支的力学模型来进行构件的内力计算，与实际情况不符。本案例是一个颇为典型，很有说服力的案例。第十章砖混结构裂缝分析实例10.31理论分析与工程实践证明，现今的砖混结构楼屋面板的板端基本上是完全嵌固在圈梁与墙体内的，不可能是简支，支座负弯矩一般均要大出跨中正弯矩2～3倍。而习惯上的板支座配筋和规范条文规定的板支座结构配筋，均远远不能满足实际需要。工程事故分析呼唤理论要更进一步结合实际。第十章砖混结构裂缝分析实例10.32典型砖混结构裂缝调查六例三.砖砌体结构整体失稳引发的坍塌事故1.工程概况1997年7月12日，某县发生一起建筑面积2500m2的五层半砖混结构住宅楼倒塌的特大事故，造成36人死亡，3人受伤，直接经济损失达860万元。经全面调查认为，造成这起事故的原因是多方面的。主要原因是该楼房工程质量低劣，砖基础侵水失稳，导致整楼坍塌。第十章砖混结构裂缝分析实例10.332.直接原因(1)该楼基础砖墙质量低劣(主要是材料不合格，施工不规范)。一是砖的强度低，设计要求使用l00号