工學(xué)第十章磚混結(jié)構(gòu)裂縫分析實(shí)例課件

1、第十章 磚混結(jié)構(gòu)裂縫分析實(shí)例 第一節(jié) 磚混結(jié)構(gòu)裂縫的普遍性與嚴(yán)重性 砌體屬于脆性材料，本身抗裂能力低；砌體與鋼筋混凝土之間在材料性質(zhì)上有很大的差別，變形協(xié)調(diào)性較差，這些都是造成砌體結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象比較嚴(yán)重的原因。當(dāng)然引起砌體結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷和質(zhì)量事故的原因是多方面的。一、設(shè)計(jì)方面主要原因 (1)設(shè)計(jì)馬虎，草率參照或套用相類似工程的施工圖樣作設(shè)計(jì)，而不進(jìn)行校核和計(jì)算。 (2)結(jié)構(gòu)方案欠妥，比如空曠房屋的整體剛度問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題沒(méi)有得到關(guān)注。 (3)滿足于墻體總的承載力的計(jì)算，但忽視了墻體穩(wěn)定性和局部承壓的驗(yàn)算。1(4)強(qiáng)調(diào)計(jì)算結(jié)果，忽略構(gòu)造要求。二、施工方面原因(1)砌筑質(zhì)量差。砌體結(jié)構(gòu)為手工操作，而墻

2、體強(qiáng)度的高低與砌筑質(zhì)量有密切關(guān)系。施工管理不善、質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)是造成砌體結(jié)構(gòu)事故的重要原因。 (2)在墻體上任意開(kāi)洞，或拆了腳手架，但腳手眼未及時(shí)填好或填補(bǔ)不實(shí)，過(guò)多地削I弱了結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面。(3)在施工過(guò)程中，對(duì)一些高大墻體未加臨時(shí)支撐，如遇到大風(fēng)大雨等不利因素將造成失穩(wěn)破壞。(4)砂漿配合比不準(zhǔn)確，或含雜質(zhì)過(guò)多，因而本身強(qiáng)度不足，或保水性差、流動(dòng)性差，都會(huì)造成墻體承載力下降，嚴(yán)重的會(huì)引起倒塌。 一些裂縫，不影響建筑物結(jié)構(gòu)的承載力、剛度及完整性，但會(huì)降低砌體結(jié)構(gòu)的耐久性。2有的裂縫原因是由于材料的強(qiáng)度不足，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸不夠，或連接構(gòu)造質(zhì)量不可靠。這類裂縫威脅到結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性，如不及時(shí)治

3、理，可能導(dǎo)致局部或整體的破壞，會(huì)帶來(lái)人員的傷亡和經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。 第二節(jié) 典型磚混結(jié)構(gòu)裂縫調(diào)查一、磚砌體因承載力不足造成的質(zhì)量事故某三層輕工業(yè)廠房，預(yù)制樓板，現(xiàn)澆兩跨鋼筋混凝土連續(xù)梁，外磚墻內(nèi)磚柱承重；磚柱截面：490mm490mm，采用MU10磚、M10水泥混合沙漿砌筑；基礎(chǔ)為三七灰土，上砌毛石，磚墻基礎(chǔ)底面寬1300mm，磚柱基礎(chǔ)底面積為：1400mml400mm，地基設(shè)計(jì)承載力3如圖10.1(a)、(b)所示。4該房屋主體結(jié)構(gòu)完工時(shí)，幾個(gè)底層磚柱就發(fā)生嚴(yán)重的豎向裂縫。其中最嚴(yán)重的位于軸線，裂縫最寬處達(dá)8mm10mm，長(zhǎng)1.5m左右，說(shuō)明該磚柱已瀕臨破壞，如圖10.1(c)所示。發(fā)現(xiàn)裂縫

4、后，隨即對(duì)各層磚柱進(jìn)行加固，加固方案為四角外包角鋼L75mm75mm6mm，角鋼間用綴條連接，如圖10.1(d)所示，但加固方案并未能取得成效。 事故原因分析和處理如下： (1)中間磚柱承載力按軸心受壓算允許承載力只有913.36kN，而該柱所承受的荷載(算至0.000標(biāo)高)卻有1166kN。超載252.64kN。由于施工質(zhì)量不高，該柱在恒載和施工荷載作用下就產(chǎn)生了裂縫。5(2)柱基礎(chǔ)底面積按計(jì)算需要9.74，實(shí)際只有1.96，僅及計(jì)算需要的20.3。遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。結(jié)構(gòu)完工時(shí)，基礎(chǔ)之所以未發(fā)生過(guò)大沉降的原因：一是由于柱基受力尚未達(dá)到設(shè)計(jì)荷載：二是由于實(shí)際地基承載力大于150kN 而因柱身

5、的砌筑質(zhì)量太差，其實(shí)際承載力遠(yuǎn)低于計(jì)算承載力。因而率先開(kāi)裂，掩蓋了地基的危險(xiǎn)因素。(3)本例事故原因主要是設(shè)計(jì)問(wèn)題。不得不將原內(nèi)磚柱承重方案改為磚墻承重方案，新添內(nèi)縱橫墻及其基礎(chǔ)，將大房間改為小房間。這樣，樓面荷載由梁直接傳給新添墻及基礎(chǔ)。這個(gè)修改方案雖然解決了結(jié)構(gòu)問(wèn)題，但在使用上卻帶來(lái)了很大不便。6二、設(shè)計(jì)失誤引起的質(zhì)量事故(本案例自學(xué))三、 磚砌體結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)引發(fā)的坍塌事故 1工程概況 1997年7月12日，某縣發(fā)生一起建筑面積2500的五層半磚混結(jié)構(gòu)住宅樓倒塌的特大事故，造成36人死亡，3人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)860萬(wàn)元。 經(jīng)全面調(diào)查認(rèn)為，造成這起事故的原因是多方面的。主要原因是該樓房工

6、程質(zhì)量低劣，磚基礎(chǔ)浸水失穩(wěn)，導(dǎo)致整樓坍塌。 2直接原因 (1)該樓基礎(chǔ)磚墻質(zhì)量低劣(主要是材料不合格，施工不規(guī)范)。一是磚的強(qiáng)度低，設(shè)計(jì)要求使用100號(hào)磚，但實(shí)際使用的都明顯低于75號(hào)，而且基礎(chǔ)磚墻的磚勻質(zhì)性差，受水浸泡部分的磚墻破壞后呈粉末狀；二是對(duì)工程抽樣檢驗(yàn)的六種規(guī)格鋼筋有五種不合格；7三是斷磚集中使用，形成通縫，影響整體強(qiáng)度；四是按規(guī)范要求應(yīng)使用中、粗砂，實(shí)際使用的是特細(xì)砂，含泥量高達(dá)31，砌筑砂漿強(qiáng)度僅在M0.4以下，粘結(jié)力很差。(2)擅自變更設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)圖紙要求對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)進(jìn)行回填土，并夯實(shí)至0.000標(biāo)高，但在建造過(guò)程中，把原設(shè)計(jì)的實(shí)地坪改為架空板，基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)未回填土，形成積水池。由于

7、基礎(chǔ)下有天然隔水層，地表水難以滲透，基礎(chǔ)磚墻內(nèi)側(cè)既無(wú)回填土，又無(wú)粉刷，長(zhǎng)時(shí)間受積水直接浸泡，強(qiáng)度大幅度降低。由于磚基礎(chǔ)在受到水壓力與土壓力的重復(fù)作用，其穩(wěn)定性顯然成了最危險(xiǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。是年7月8日至10日，發(fā)生洪災(zāi)，該住宅樓所處小區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施不配套，無(wú)截洪、排水設(shè)施，造成該住宅樓磚墻腳和磚基礎(chǔ)嚴(yán)重積水浸泡，強(qiáng)度大幅度降低，穩(wěn)定性嚴(yán)重削弱，這是造成事故的直接原因。8 3間接原因 凡是出現(xiàn)類似嚴(yán)重的工程事故，必與政府有關(guān)建設(shè)管理部門無(wú)所作為、管理松弛有關(guān)，導(dǎo)致了從開(kāi)發(fā)建設(shè)的程序管理到具體的設(shè)計(jì)與施工管理紊亂無(wú)章，不堪收拾。因此經(jīng)調(diào)查被認(rèn)定為一起工作人員玩忽職守，管理紊亂引起的重大責(zé)任事故。四、磚柱組

8、砌工藝不規(guī)范引起房屋倒塌 1工程及事故概況 某地區(qū)建一座四層樓住宅，長(zhǎng)61.2m，寬7.8m。磚墻承重、鋼筋混凝土預(yù)制樓蓋，局部(廁所等)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土。圖紙為標(biāo)準(zhǔn)住宅圖。唯一改動(dòng)的地方為底層有一大活動(dòng)室，去掉了一道承重墻，改為490mm490mm磚柱，上擱鋼筋混凝土梁。置換時(shí)，經(jīng)計(jì)算確認(rèn)承載力足夠。但在樓蓋到四層時(shí)，該獨(dú)立磚柱壓壞而引起房屋大面積倒塌。9 2計(jì)算復(fù)核 房屋結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)圖，已經(jīng)過(guò)考驗(yàn)，而且工程地質(zhì)條件良好，并無(wú)地基下沉失效等情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)倒塌情況判斷，倒塌原因顯然是由磚柱被壓酥引起的。設(shè)計(jì)磚的強(qiáng)度等級(jí)為MU7.5，有出廠證明并經(jīng)驗(yàn)收合格。設(shè)計(jì)砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M5。現(xiàn)驗(yàn)算如下。 荷

9、載計(jì)算：結(jié)構(gòu)恒載 ,使用荷載 則設(shè)計(jì)荷載： 剛性方案，磚柱高?。?(地面以下到大放腳)： 高厚比： =3.70.49=7.55 磚MU7.5，砂漿M5，查得砌體強(qiáng)度承載面積 A=0.49X0.49=0.240.3故應(yīng)取強(qiáng)度降低系數(shù)按中心受壓柱計(jì)算由 =7.55及M5查得=0.91510可得 可見(jiàn)原設(shè)計(jì)可滿足要求。但施工過(guò)程中采用包心砌法。如圖10.3所示。且砂漿強(qiáng)度達(dá)不到要求，按實(shí)際情況計(jì)算，按MU7.5，M0.4查得 ，考慮到柱芯起不到作用，承重面積減為0.49X0.49-0.240.24=0.1825這樣，磚柱承載力由于實(shí)際承載力與設(shè)計(jì)承載力相差太遠(yuǎn)，發(fā)生倒塌是必然的。11五、溫度應(yīng)力造成

10、砌體結(jié)構(gòu)倒塌事故 1事故概況 某供銷社的建筑為三層混合結(jié)構(gòu)，平面布置呈T字形，前面沿大街的大開(kāi)間為營(yíng)業(yè)廳，后面為住宅及辦公用房。底層層高為4m，二、三層的層高為3.7m。地基良好，基礎(chǔ)為毛石砌筑，承重墻為磚砌24墻。住宅及辦公室開(kāi)間4.8m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋。營(yíng)業(yè)大廳進(jìn)深9m，采用300mm800mm斷面的梁，梁板均為現(xiàn)澆，大梁支于寬1000mm，厚240mm，加370mm240mm附壁柱的窗間墻上。墻體每層均設(shè)置圈梁，截面240mm240mm，配筋412。在B、E軸線上的大廳大梁與住宅、辦公室區(qū)段的外墻圈梁連成整體，未設(shè)伸縮縫。建筑平面、剖面如圖10.4所示。12 該工程于1976年夏季開(kāi)

11、工，1977年4月中施工到第三層窗口上沿齊平，營(yíng)業(yè)廳部分突然全部倒塌。軸線上的窗間墻全部倒向廳內(nèi)，第二層樓面的軸線上的梁頭全部落地，而軸線梁的支座基本上未動(dòng)，但梁被折斷。三層樓面與住宅脫開(kāi)而下墜。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查認(rèn) 定，施工質(zhì)量合格，地基良好無(wú)下沉跡象，現(xiàn)澆梁板配筋，均偏于安全，倒塌原因曾引起爭(zhēng)議。132原因分析 因?yàn)闋I(yíng)業(yè)廳倒塌是從底層磚墻破壞開(kāi)始的。因而人們大都傾向于事故是由于營(yíng)業(yè)廳帶磚垛的窗間墻承載力不足引起。但經(jīng)反復(fù)驗(yàn)算，按MU5磚及M5砂漿等級(jí)計(jì)算，底層磚垛承載力Nu=A=361.68kN，即令砂漿等級(jí)取M1，仍可達(dá)Nu=263kN，而設(shè)計(jì)所需承載力僅為253.7kN，可見(jiàn)承載力可滿足要求。

12、既然砌筑質(zhì)量合格，則認(rèn)為窗間墻不是倒塌原因。進(jìn)一步分析可以確認(rèn)事故真正原因是溫度應(yīng)力造成的。這里，因平面體型特殊，溫度應(yīng)力成為了引起房屋倒塌的主要原因。如圖10.4(a)所示?？梢?jiàn)在樓蓋下的縱墻上有八字型裂縫。這是由于降溫冷縮造成。因混凝土與砌體的溫度線形系數(shù)不同，且混凝土干縮量大。14 樓房于夏季開(kāi)工，施工到二層樓板時(shí)尚在初秋(當(dāng)?shù)刈罡邭鉁卦?0 C以上)，而隨著施工進(jìn)展，進(jìn)入冬季(平均氣溫在1 5 )，鋼筋混凝土樓蓋(包括圈梁)冷縮較大而受到砌體的制約，當(dāng)砌體的強(qiáng)度不足以抗拒時(shí)而發(fā)生裂縫。砌體一旦開(kāi)裂，則等于約束解除，應(yīng)力釋放，殘余變形不大，不致危及安全。在本案例的特殊情況下，在軸線處，應(yīng)

13、力釋放后應(yīng)無(wú)問(wèn)題。而在軸線與處，則因B、E軸線上大梁與外墻圈梁相連成整體，混凝土梁冷縮產(chǎn)生的拉力順大梁直接傳到了軸線外墻上，再加上軸線C、D梁的冷縮力共同作用，從而造成窗間墻內(nèi)傾、倒塌，繼而梁頭下沉，最終造成整體倒塌事故。六、地基土凍脹引起砌體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂事故(自學(xué))15 第三節(jié) 磚混結(jié)構(gòu)裂縫的特征及產(chǎn)生原因一、磚混結(jié)構(gòu)墻體上的正八字型裂縫 在砌體結(jié)構(gòu)的頂層墻體上和底層墻體上比較容易發(fā)生一些斜向裂縫，通常位于窗的上下對(duì)角線上，成45度斜向發(fā)展，左右對(duì)稱而形成正八字型裂縫。如圖10.6所示。它的產(chǎn)生原因主要有以下幾點(diǎn)。 1外界環(huán)境溫度的變化混凝土構(gòu)件的變形要比磚墻的變形大1倍以上。兩者的變形不協(xié)調(diào)就

14、會(huì)引起因約束變形而產(chǎn)生的附加應(yīng)力。當(dāng)這種附加應(yīng)力大于砌體的抗拉應(yīng)力時(shí)就會(huì)在墻體中產(chǎn)生裂縫，16 2地基不均勻沉降 支承整棟房屋的下部地基會(huì)發(fā)生壓縮變形，當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)不均勻或作于地基上的上部荷載不均勻時(shí)，就會(huì)引起地基的不均勻沉降，使墻體發(fā)生變形，而產(chǎn)生附加應(yīng)力。當(dāng)這些附加應(yīng)力超過(guò)砌體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，墻體就會(huì)出現(xiàn)裂縫。173地基的凍脹 地基土上層溫度降到0以下時(shí)，凍脹性土中的上部水開(kāi)始凍結(jié)，下部水由于毛細(xì)管作用不斷上升在凍結(jié)層中形成冰晶，體積膨脹，向上隆起可達(dá)幾毫米至幾十毫米，從而產(chǎn)生比較大的凍脹力，建筑物的某一局部就被頂了起來(lái)，引起房屋開(kāi)裂。18二、磚混結(jié)構(gòu)墻體上的倒八字型裂縫 在砌體結(jié)構(gòu)的頂層墻體

15、上和底層墻體上，也容易發(fā)生位于窗的上下對(duì)角線上成45度斜向發(fā)展，左右對(duì)稱而形成的倒八字型裂縫，如圖10.7所示。它的產(chǎn)生原因同上：19三、磚混結(jié)構(gòu)墻體上的垂直裂縫砌體結(jié)構(gòu)在荷載和變形的作用下，在一些部位易出現(xiàn)垂直裂縫，其原因較為復(fù)雜，一般有以下幾種。 1溫度的影響 房屋在正常使用條件下，當(dāng)墻體很長(zhǎng)時(shí)，由于溫縮和干縮，會(huì)在墻體中間出現(xiàn)垂直貫通裂縫，而且可能使20 樓(屋)蓋裂通，如圖10.8(a)所示。同時(shí)在房屋樓蓋錯(cuò)層的端部、圈梁的 端部，外廊和雨蓬梁的端部會(huì)出現(xiàn)局部的垂直裂縫，如圖10.8(b)所示。2荷載作用的影響(1)圖10.9(a)所示，底層窗下墻上的垂直裂縫。21(2)因墻體中心壓力

16、過(guò)大，在墻體出現(xiàn)垂直裂縫，裂縫平行于壓力方向。圖10.9(b)所示，為典型的剪切裂縫或剪拉裂縫。22(3)因墻體受到與磚頂面平行的拉力，而在墻體中出現(xiàn)垂直裂縫。如圖10.9(c)所示(4)當(dāng)墻體為小偏心受壓時(shí)，在近壓力的一側(cè)會(huì)發(fā)生平行于壓力方向的垂直裂縫。如圖10.9(d)所示23(5)當(dāng)墻體在局部壓力作用下，也會(huì)在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)垂直裂縫。如圖10.9(e) 、(f)所示，均為壓屈碎裂前的剪脹現(xiàn)象。(6)在水平灰縫中配有網(wǎng)狀鋼筋的配筋砌體。出現(xiàn)大量密集、短小，平行于壓力作用方向的裂縫，如圖10.9(g)所示，為壓屈碎裂現(xiàn)象。24 (7)由于水平地震作用使墻體發(fā)生橫向水平位移，會(huì)在縱墻或縱橫墻交接處產(chǎn)生垂直裂縫。如圖10.10(a)(b)25四、磚混結(jié)構(gòu)墻體上的水平裂縫在墻體上引起水平裂縫出現(xiàn)的原因主要有溫度變形和荷載作用，以及地震作用。 1溫度的影響 不少房屋的女兒墻建成后不久即發(fā)生側(cè)向變形，即在女兒墻根部和平屋頂交接處砌體外凸或女兒墻外傾，造成女兒墻墻體開(kāi)裂。如圖10.11(a)、(b)所示。26以上溫度變形引起的水平裂縫的主要原因是：氣溫升高或降低后，混凝土屋頂板和水泥沙漿面層沿長(zhǎng)度方