第十二章框架結(jié)構(gòu)裂縫分析實例

第十二章框架結(jié)構(gòu)裂縫分析實例第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日教學提示：框架結(jié)構(gòu)是當前覆蓋面最廣、使用量最大的一種結(jié)構(gòu)形式，其設計技術(shù)與施工工藝都比較復雜，因此其事故率也最高，事故分析與處理的難度也最大。建議在教學中作為重點內(nèi)容來關(guān)注。教學要求：九起事故實例是近年來在國內(nèi)工程學術(shù)界受關(guān)注較多、爭論較多的實例，建議引導學生從爭論中提高認識，從反面意見中拓寬思路。

隨著時代的進展，磚石結(jié)構(gòu)、竹木結(jié)構(gòu)已逐漸退出歷史舞臺，純鋼結(jié)構(gòu)獨占超高層和大空間領(lǐng)域，鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)則由于耐震能力低，整體安全性差，在使用范圍上受到限制。因此，整澆鋼筋混凝土框架或剛架結(jié)構(gòu)早已成為當今世界上使用面最大，最受歡迎的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。整澆鋼筋混凝土框鋼架結(jié)構(gòu)的特點是，只憑模板、鋼筋、水泥、砂、石等幾樣價格低廉、資源豐富的材料，就能在施工現(xiàn)場按圖塑造出各種復雜的結(jié)構(gòu)型式。以技術(shù)含量不高的手工作業(yè)工藝，憑完全露天作業(yè)的惡劣環(huán)境條件，施工質(zhì)量自難有效控制，由于施工原因造成的工程事故也就必多。對于各種體型復雜，規(guī)模偏大的現(xiàn)代建筑框架結(jié)構(gòu)來說，由于其構(gòu)造復雜，功能多樣，從力學平衡條件、變形協(xié)調(diào)條件到本構(gòu)關(guān)系合理條件極難同時控制，因此由于設計不合理原因形成的事故也就必多。同時，對于規(guī)模偏大，構(gòu)造復雜的框架結(jié)構(gòu)來說，其負荷量大，對地基基礎(chǔ)的要求也偏高，因此，由于地基基礎(chǔ)原因引起的結(jié)構(gòu)事故也就必多。這就是鋼筋混凝土框架或剛架結(jié)構(gòu)事故率很高的原因?？蚣芙Y(jié)構(gòu)雖有事故率高、裂縫多的特點，但它具有一定的延性，結(jié)構(gòu)整體性好，往往在事故面前能充分發(fā)揮裂而不倒的優(yōu)勢?，F(xiàn)結(jié)合以下工程實例對框架結(jié)構(gòu)裂縫進行如下分析。第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例其他原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂損事故本章內(nèi)容思考題與習題第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例一.黏土地基膨脹導致樁身傾斜引起的結(jié)構(gòu)裂縫事故1.工程概況1)設計要點興建于20世紀90年代的某大學教學綜合樓，建筑平面呈工字型，如圖12.1所示。前樓3層為階梯形教室，后樓8層為教學綜合樓，前后樓之間用廊道連接，總建筑面積近10000m2，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設防烈度為7度，抗震等級取3級。2)地質(zhì)條件地層構(gòu)造如下：(1)雜填土：由灰褐到褐紅色，層厚0.1m～1.2m，由松軟到中密，含有植物根與建筑垃圾。第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例圖12.1教學綜合樓結(jié)構(gòu)平面圖注：1.框架柱；2.縱梁；3.伸縮縫；4.框架梁。第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例(2)黏土：由褐色到褐紅色，局部夾細砂，發(fā)育較完整，土質(zhì)較均勻，平均厚度約6m。(3)砂質(zhì)黏土：以細、中砂為主要成分，層厚1.5m～2.5m，由褐色到紅色；中實，飽和，可塑；含氧化鐵成分。(4)黏土夾漂石。紅色，厚度不均，最大厚度為5m。(5)第三系風化巖，褐紅色，較完整。3)施工概況(1)人工挖孔樁由專門隊伍負責施工，按規(guī)范操作，質(zhì)量監(jiān)控正規(guī)，檢測工作到位，竣工驗收合格。(2)雖然沒有完整的施工組織設計，且施工過程中發(fā)生過塔吊操作失誤，行車塌落傷人等重大事故，也出現(xiàn)過拆模過早的現(xiàn)象。但是框架梁、柱和樓、屋面板等主體構(gòu)件的混凝土強度等級均達到或超過設計強度，所用鋼材材質(zhì)的物理化學性能均符合規(guī)范要求，說明施工方面不存在大問題。第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例2.裂縫現(xiàn)狀(1)主體竣工時，并未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的任何結(jié)構(gòu)裂縫；(2)工程進入裝修階段后，前后樓同時出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象。①前樓結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)在樓板的支座線附近，裂縫走向與支座(主框架梁)平行，縫寬在0.2mm以上，肉眼可見。②前樓二、三層衛(wèi)生間漏水現(xiàn)象嚴重，根本無法投入使用。③后樓以墻面裂縫最為突出，東西山墻面上出現(xiàn)罕見的之字型裂縫和分枝狀裂縫。每條裂縫蜿蜒曲折，長達數(shù)米。裂縫深度從面磚灰縫表皮一直貫通到墻體深部。④除山墻外，其他內(nèi)外墻面均可見到裂縫，但以底層裂縫最為嚴重。⑤由于結(jié)構(gòu)裂縫和樓屋面滲漏現(xiàn)象嚴重，在建成以后一段時期，不敢投入教學使用。第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例3.機理分析1)裂縫產(chǎn)生的特殊性(1)框架填充墻理論上并不受力，填充墻上出現(xiàn)奇異裂縫，必然是框架梁、柱出現(xiàn)整體變形，迫使框架節(jié)點出現(xiàn)角變位，從而使填充墻受擠，因此，必然存在奇特原因。(2)整體框架，尤其是設計安全水準偏高(按抗震設防)的框架，縱梁支座和板支座附近的負彎矩區(qū)，一般也由于塑性變形的影響，負彎矩值比理論計算值偏低，不應在此處出現(xiàn)裂縫。之所以在這里出現(xiàn)裂縫，也證明是框架出現(xiàn)整體變形所致，因此，必然存在特殊原因。2)裂縫合成的必然性(1)墻面上出現(xiàn)復雜產(chǎn)狀的之字型裂縫和分叉形樹枝狀裂縫，必然有一組與裂縫產(chǎn)狀(裂縫方向)相對應的主拉應力存在。第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例(2)框架出現(xiàn)整體變形的可能性一般是框架柱出現(xiàn)傾斜，使填充墻的一側(cè)邊受到擠壓力，上框架梁出現(xiàn)荷載條件下的正常撓曲變形，使填充墻墻頂?shù)目缰?/2區(qū)域范圍內(nèi)受到垂直壓力，而墻頂?shù)膬蓚€角區(qū)附近出現(xiàn)上拔力(由墻頂黏著力產(chǎn)生)；下框架梁(或地基梁)則出現(xiàn)上凸撓曲變形，填充墻的底部為了與地基梁的變形協(xié)調(diào)，則必在墻上產(chǎn)生與主拉應力相適應的倒八字型裂縫。墻底部分的倒八字型裂縫與由墻頂?shù)拇怪眽毫?重力)或向上拔力和墻側(cè)柱身傳來的水平擠壓力合成的主拉應力引起的裂縫組合以后，就必然形成墻面的之字型裂縫或樹枝狀裂縫。如圖12.2所示。圖12.2填充墻上的之字型裂縫與樹枝狀裂縫合成圖注：1.地基梁上凸變形引起的填充墻上倒八字型裂縫；2.2’上部框架梁變形和重力對墻頂產(chǎn)生的壓(拉)力；3.柱身傾斜對墻身產(chǎn)生的側(cè)向擠壓力；4.墻頂下壓力與側(cè)擠力合成的主拉應力；5.墻頂上拔力與側(cè)擠力合成的主拉應力；6.主拉應力4產(chǎn)生的傾斜裂縫；7.主拉應力5產(chǎn)生的傾斜裂縫；6－6－7－7－1－1之字形或樹枝狀裂縫合成；8.框架柱傾斜方向。第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例③框架柱出現(xiàn)傾斜變形后，主框架梁身亦出現(xiàn)向一側(cè)傾斜，因而使一側(cè)的樓板面有下抑趨勢，板支座附近的負彎矩值衰減，而另一側(cè)的板面有上翹趨勢，板面負彎矩值激增，從而使裂縫首先在這里出現(xiàn)，裂縫走向與主框架梁平行，如圖12.3所示。圖12.3板支座附近的順主框架梁方向裂縫形成圖注：1.框架柱；2.主框架梁；3.縱梁（連梁）；4.樓板面；5.板面順梁裂縫；6.挖孔樁及承臺；7.黏土層膨脹壓力；8.框架柱傾斜方向；9.樓板下抑與上翹趨勢。第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例4.原因認定從以上的結(jié)構(gòu)裂縫機理分析認定了墻面裂縫和板面裂縫的原因是由于框架出現(xiàn)傾斜變形，既然如此那就必須再找出框架柱出現(xiàn)傾斜變形的原因。(1)從工程地質(zhì)條件可以認定，第三系紅黏土必然屬于具有一定膨脹勢能的膨脹土，6m厚的紅黏土夾在上下兩個含水層之間，一旦吸水膨脹，必然會產(chǎn)生強大的各向異性的膨脹壓力。(2)人工挖孔樁的施工工藝是分段掘進(下挖)，分段澆筑薄層鋼筋混凝土護壁，澆筑條件困難，混凝土施工縫多，必然形成鋼筋混凝土挖孔樁樁身與土體之間的輸水通道，將上、下含水層中的水體輸入黏土層，起到引“狼”入室的作用。(3)可以認定，紅黏土吸水膨脹產(chǎn)生的膨脹壓力就是導致人工挖孔樁樁身和框架柱傾斜的唯一原因。(4)可以認定，填充墻墻面裂縫、樓屋面板上裂縫主要也是膨脹土地基的破壞作用引起，另外施工管理不善，施工質(zhì)量方面也可能存在一些問題，但決不是引起墻面和板面裂縫的原因。第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例5.安全評估(1)由于通過樁身周圍的護壁輸水并進入黏土層有一個緩慢的時間過程，因此膨脹破壞作用的出現(xiàn)就要滯后很多。所以結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象往往出現(xiàn)在主體結(jié)構(gòu)竣工以后一段較長的時間內(nèi)。(2)樁周一定范圍內(nèi)的土體吸水、膨脹、并軟化以后，會成為一個不能傳遞膨脹壓力的緩沖區(qū)，對樁身起了緩沖、保護作用。因此當樁與柱的傾斜變形和結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象發(fā)展到一定程度后，就會穩(wěn)定下來，不會無限度的發(fā)展下去。如圖12.4所示。第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例(a)樁柱平拋面(b)樁柱豎剖面圖12.4樁周黏土吸水膨脹機理注：1.樁身；2.護壁；3.吸水軟化區(qū)；4.膨脹勢能釋放區(qū)；5.未吸水(穩(wěn)定)區(qū)。第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例(3)在軟化緩和區(qū)的外圍，形成了一個膨脹勢能釋放區(qū)，膨脹壓力會向外圍，向下層土，尤其是向抵抗力最弱的上層覆蓋土爆發(fā)，因此會對底層地面引起長期的、持續(xù)的隆起破壞作用。二.土質(zhì)不均、沉降不均引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故1.典型案例一般框架結(jié)構(gòu)都具有較大的抗地基不均勻沉降變形的能力，但某8層框架住宅樓卻于建成后幾個月之內(nèi)，即發(fā)展成為危房，樓屋面板上、墻面上、梁、柱、節(jié)點上，普遍出現(xiàn)了寬度在0.3mm以上，長度在500mm～5000mm之間的嚴重裂縫，使建筑面積為5000m2的工程面臨報廢的危險，這一事故實屬罕見，可視為典型，也要從中吸取教訓。2.工程概況1)地質(zhì)條件建筑場地屬于海相沉積的漫灘階地，地質(zhì)剖面為：①雜填土，厚500mm；②中細砂，F(xiàn)k取160kPa，Es取6.1MPa，層厚10m，但層內(nèi)夾有軟弱透鏡體；③淤泥質(zhì)土，F(xiàn)k取85kPa，層厚7～8m；④粉土層，F(xiàn)k取200kPa，Es取9.3MPa，構(gòu)造穩(wěn)定、深厚、未揭穿。第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例2)設計要點(1)以500mm厚，帶600×1000梁加強的筏板承重，以中細砂為持力層，筏底埋深為－2.5m；(2)以淤泥質(zhì)土為下臥層，計算沉降量為26.39cm，這結(jié)果還是可以接受的。設計地耐力Pa取120kPa，顯然其值并不高。3)施工情況施工管理正常，資料保管齊全，原材料測試質(zhì)量合格。3.裂縫現(xiàn)狀(1)樓地板面裂縫共計132條，平均裂縫長度2.5m，最大裂縫長度5m，有梁、板裂縫貫通現(xiàn)象，裂縫產(chǎn)狀多樣，有貫通裂縫、交叉裂縫、包角裂縫、對角線裂縫。(2)底層地面裂縫15條，其中沿散水坡縱向貫通裂縫一條，長達55m，柱腳為弧形裂縫。(3)墻面裂縫，沿窗角1～8層垂直貫通的外墻面裂縫計8條，與板面裂縫和梁上裂縫相呼應的內(nèi)墻面裂縫尚未統(tǒng)計在內(nèi)。(4)梁上裂縫，少數(shù)板面裂縫發(fā)展嚴重時，有梁面或梁底裂縫與之相呼應。(5)梁柱節(jié)點裂縫，共8處，為扭損裂縫。第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例4.機理分析1)填充墻裂縫機理框架梁、柱具有一定的剛度和抗變形能力，而填充墻則在理論上不受力。因此填充墻上由于地基下沉引起的裂縫必與框架的角變形有關(guān)，裂縫的產(chǎn)狀和傾向也極有規(guī)律，如圖12.5所示。圖12.5填充墻上的裂縫機理圖注：1.擠壓應力；2.垂直壓應力(重力)；3.主拉應力；4.墻面裂縫；5.地基沉降曲線；6.整體變形趨勢。第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例2)框架節(jié)點裂損機理框架節(jié)點上出現(xiàn)的扭損裂縫機理表明，個別框架柱基礎(chǔ)出現(xiàn)了過大的沉降量，底層地面出現(xiàn)環(huán)柱腳的弧形裂縫，也說明柱基可能出現(xiàn)了沖剪破壞。3)板面復雜的裂縫機理和跨梁裂通的板面裂縫現(xiàn)象，以及沿散水坡出現(xiàn)的通長裂縫都表明了建筑物除了出現(xiàn)不均勻下沉之外，還出現(xiàn)整體下沉現(xiàn)象。5.原因認定從結(jié)構(gòu)裂縫機理得知裂縫原因出自地基下沉，但從設計角度檢查，實不應該出現(xiàn)如此大的沉降量和沉降差，更不應出現(xiàn)如此嚴重、復雜的損壞現(xiàn)象。經(jīng)仔細研究，認為主要原因有三點：一是對砂層內(nèi)夾存軟弱透鏡體的異常情況未予關(guān)注，透鏡體如果處在柱腳的直下方時，完全有可能被擠出，引起地基剪切破壞；二是施工進度太快，也是引起地基剪切破壞或沖剪破壞的重要原因；三是結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造設計不合理，柱網(wǎng)錯亂，不能構(gòu)成規(guī)整的空間結(jié)構(gòu)體系，整體剛度很差。第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例6.風險評估(1)按理來說，30mm以下的計算沉降量并不是不可以接受的，全國大量軟土地基的平均沉降量都控制在300mm左右，但這是要有前提條件的：一是必須加強上部結(jié)構(gòu)的抗變形能力；二是必須嚴格控制施工進度，讓地基在負荷條件下有一個緩慢發(fā)展的穩(wěn)定過程。(2)鑒于地基沉降現(xiàn)象尚未穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)體系本來就存在先天性的缺憾，結(jié)構(gòu)裂縫普遍出現(xiàn)以后，已失去了整體性和抵抗力，判定該樓為危房。三.由于結(jié)構(gòu)平面復雜由地應力擴散和沉降量疊加引起的地基不均勻沉降導致的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故1.典型案例如圖12.6所示。某商業(yè)大廈為7層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積近12000m2，工程地質(zhì)條件和設計與施工方面均不存在突出問題。只因為建筑平面復雜，由兩個面積分別為53m×18m和30m×18m的矩形夾一個45°×18m的扇形組合而成，結(jié)果導致了嚴重的結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象，最終被迫拆毀。其原因就是由于結(jié)構(gòu)平面復雜，地應力擴散，沉降量疊加，引起了框架結(jié)構(gòu)的嚴重裂縫。該工程問題比較突出，其中的經(jīng)驗與教訓值得吸取。第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例圖12.6某商業(yè)大廈結(jié)構(gòu)平面與角點沉降量計算2.工程概況1)地質(zhì)條件地質(zhì)剖面如下：(1)雜填土，1m～2m；(2)粉細砂，5m～6m，F(xiàn)k取170kPa，Es取9MPa；(3)淤泥質(zhì)土，厚11m，F(xiàn)k取100kPa，Es取3.36MPa；(4)軟黏土，厚3m，Es取9MPa；(5)砂質(zhì)黏土，厚3m，Es取5.7MPa，這層土以下即為深厚的硬質(zhì)黏土。第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例2)設計要點：(1)設計采用加勁的筏板基礎(chǔ)，并在設計前進行了廣泛的工程調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該工程鄰近地段6層以下工程，凡是采用天然地基筏板基礎(chǔ)的，均未出現(xiàn)過問題；而采用沉管灌注樁基礎(chǔ)的，卻因沉管穿透砂層遇到困難，以薄層粉沙為樁尖持力層可靠性也不是很高，因而頻頻出現(xiàn)問題。(2)結(jié)構(gòu)設計是由設計院資深專家親自把關(guān)完成。從基礎(chǔ)設計到框架梁板的斷面與配筋均留有充分的安全儲備。3)施工情況(1)雖然施工單位的素質(zhì)與質(zhì)量水平和管理水平均不高，但在施工過程中均未發(fā)現(xiàn)明顯的違規(guī)作業(yè)或偷工減料等現(xiàn)象。(2)主要建筑材料均有出廠證明和現(xiàn)場檢測報告，混凝土試塊和砂漿試塊均合格。第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例4)裂縫現(xiàn)狀(1)縱軸方向內(nèi)外填充墻上裂縫。從兩端向中央扇形門廳處逐漸擴展，從底層向頂層逐層擴展，裂縫傾向呈正八字型對稱；裂縫最大寬度在30mm以上。(2)橫向填充墻上裂縫。從底層向頂層逐漸出現(xiàn)，裂縫傾向一邊倒，即從臨街面向后院一側(cè)傾斜。①板面裂縫。從底向頂逐層出現(xiàn)，但以屋頂板裂縫最為嚴重，裂縫寬度最大。②梁上裂縫。梁底和梁頂面裂縫多數(shù)與樓板面裂縫和墻面裂縫相呼應，梁底混凝土保護層已出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象，說明結(jié)構(gòu)裂縫與建筑物整體變形有關(guān)，且已出現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象。③框架節(jié)點混凝土碎裂。底層框架柱節(jié)點出現(xiàn)嚴重的混凝土酥裂現(xiàn)象，柱身出現(xiàn)水平裂縫，柱面裝飾磚碎損脫落：說明底層柱受到強大的扭折力。④底層地面隆起，以中央扇形門廳處最為嚴重。上層樓面地磚亦有空鼓松動現(xiàn)象。第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例⑤門窗已嚴重扭變，無法開啟。⑥上下水管道扭斷、錯口。⑦扇形門廳口的大臺階顯著下陷。(3)原因認定。從以上裂縫情況看，不須作過細的裂縫機理分析，就完全可以判定結(jié)構(gòu)裂縫的原因是地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻下降。但是在正常的工程地質(zhì)和正常的施工條件下，偏于保守的結(jié)構(gòu)設計，為什么會出現(xiàn)如此嚴重的地基下沉和結(jié)構(gòu)變形？為了回答這一問題，進行了沉降計算。計算結(jié)果表明，兩個矩形端角點的沉降量(未考慮兩部分相互影響增加的附加沉降量)分別為396mm與372mm；而扇形門廳頂角點，即建筑物大陰角的疊加沉降量，也就是由兩個矩形面積和一個扇形面積引起的疊加沉降量(亦未計算三者相互影響的附加沉降量)為617mm～820mm，兩端陽角點與中間陰角點的沉降差不小于250mm。由于屋頂水箱影響，建筑物的重心還與形心有1258mm的偏離，如此大的沉降量和沉降差，如此大的偏心荷載，再加上出現(xiàn)傾斜以后的偏心力矩，三個因素同時作用產(chǎn)生強大的扭曲應力是結(jié)構(gòu)所無法承受的。第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日地基基礎(chǔ)原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故三例或許有人要問周圍那么多同類建筑，用的是同樣的天然地基筏板基礎(chǔ)，甚至是條形基礎(chǔ)，地耐力取值往往還高于本案例，卻為什么能安全無恙？究其原因，就是商業(yè)大廈平面圖形的特殊性(如圖12.6所示)。如果把拐角圖形更換為規(guī)整的矩形，并且賦予上部結(jié)構(gòu)均勻的剛度和較強的整體性，再放慢施工進度，則即使出現(xiàn)較大的地基沉降，也是均勻沉降，往往不會為人所察覺。更不致引起嚴重的結(jié)構(gòu)裂縫、整體變形和建筑物傾斜。只因為商業(yè)大廈的拐角平面圖形的拐點處出現(xiàn)了嚴重的地基反力集中和地基沉降量疊加現(xiàn)象。而上部結(jié)構(gòu)的剛度均勻與整體性又因為拐角圖形而大打折扣，這就是事故的直接原因。第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例施工質(zhì)量事故一般都由偶然出現(xiàn)的人為過失引起，沒有一定的規(guī)律性，也不存在普遍性，所以很少為工程學術(shù)界所關(guān)注并作為專題來進行研究和報道。這里介紹的兩個案例卻屬于例外，很有代表性，甚至得到了國家高層領(lǐng)導的關(guān)注，現(xiàn)作簡要介紹如下：一.某大酒店工程嚴重的施工質(zhì)量事故1.工程概況某大酒店工程建于南方一旅游城市，由11層、9層、7層的三座框架結(jié)構(gòu)塔樓和一層地下室與一層裙房共同組合而成，總建筑面積45000m2。主體結(jié)構(gòu)完工并經(jīng)有關(guān)管理部門組織驗收以后，有一個緩建過程。在復工續(xù)建時，從外表觀察，發(fā)現(xiàn)工程質(zhì)量欠佳。委托國家級權(quán)威質(zhì)量檢測單位進行了全面的、細致的質(zhì)量檢測與安全評估，發(fā)現(xiàn)了問題的嚴重性。后經(jīng)過加固處理，歷時一年多，所花費的資金在200萬元(人民幣)以上，值得引以為戒。第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例2.施工質(zhì)量質(zhì)量檢測與鑒定工作中所暴露的有關(guān)施工質(zhì)量問題包括以下幾個方面：1)外觀質(zhì)量問題分兩個方面，第一方面是線位偏差，包括中線偏差和垂直度偏差，尤其是框架柱的垂直度偏斜最為嚴重：(1)A座(11層塔樓)的框架柱垂直度偏斜量最小值為15mm，最大值為133mm。(2)B座(9層塔樓)的框架柱垂直度偏斜量最小值為71mm，最大值為128mm。(3)C座(7層塔樓)的框架柱垂直度偏斜量最小值為120mm，最大值為129mm。外觀質(zhì)感差的第二個方面是不僅到處存在蜂窩、麻面、鼠洞等病灶，而且有浮砂、掉渣、松軟等癥狀出現(xiàn)。這些顯然是由混凝土強度不足而引起的。第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例2)強度經(jīng)檢測，證實了混凝土強度普遍不能滿足設計要求：①A座設計標號為C40的構(gòu)件，實測為C25，最低只達C17；設計標號為C35的構(gòu)件，實測為C26，最低只達C15；②B座設計標號為C40的構(gòu)件，實測為C27，最低只達C18；設計標號為C35的構(gòu)件，實測為C25，最低只達C13；③C座設計標號為C40的構(gòu)件，實測為C30，最低只達C15；④地下室設計標號為C35的構(gòu)件，實測為C27。3)尺寸樓板厚度不滿足設計要求的占25％，大部分梁柱斷面也存在尺寸欠缺的現(xiàn)象。第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例4)裂縫大梁裂縫和樓板裂縫現(xiàn)象較為普遍，尤以地下室頂板和屋頂板部位的梁板裂縫現(xiàn)象最為嚴重?？p寬達0.35mm以上。梁側(cè)立面的垂直裂縫不是常見中間粗兩端細的棗核形裂縫，而是下寬上窄、向梁底貫通與梁底裂縫交圈的裂縫。頂板裂縫則先見于板底，逐漸向板面擴展，縫寬在0.35mm以上，縫長1m－3m。裂縫走向與主梁平行，一跨內(nèi)有多條平行裂縫呈等距離分布。5)隱患施工留下的最大質(zhì)量隱患是鋼筋不按圖施工。經(jīng)過鋼筋掃描普查并作重點(鑿開混凝土)驗證，存在下列鋼筋隱患：①梁柱端部和節(jié)點內(nèi)部的箍筋沒有按要求進行加密；②梁柱內(nèi)箍筋普遍存在間距偏大的問題；③柱內(nèi)主筋有以小代大或數(shù)量短缺現(xiàn)象；④柱內(nèi)主筋有從焊接點(現(xiàn)場電渣壓力焊對接焊點)脆斷并錯離30mm～50mm的奇異現(xiàn)象。第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例3.原因分析以上因質(zhì)量問題引起的事故程度嚴重。分析事故原因，顯然不是技術(shù)水平問題，而是人為因素。因為事情是在經(jīng)過施工、監(jiān)理機構(gòu)和業(yè)主等層層把關(guān)后出現(xiàn)的，不能不讓人們倍加警惕！可喜的是，自從國家建筑法和質(zhì)量管理條例頒布并強制執(zhí)行以來，偷工減料、忽視質(zhì)量的行為已得到強力打擊。從事故調(diào)查的統(tǒng)計數(shù)字看，真正由于施工質(zhì)量問題引起的重大事故所占比例已逐年下降。4.安全論證由于問題的實質(zhì)是混凝土的強度普遍偏低，而且鋼筋隱患處處存在，就像人體患的白血病或艾滋病，屬于一種全身性的癥狀。雖然在各種安全系數(shù)的支持下，短時期內(nèi)工程在正常荷載條件下不一定出現(xiàn)問題。但從耐久性和抗災害的最高安全目標來權(quán)衡，則是一個極嚴重的問題。第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例5.處理方案全身性疾病治療，不同于局部病灶或創(chuàng)口的處理，不能用動刀子，做外科手術(shù)的辦法去解決問題，只能按中醫(yī)治病的理念，以內(nèi)治為主，從強身固本著眼，進行全身性治療，所以認為很多傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固處理方法，在這里都不太適應。必須對癥下藥，尋求新工藝，后面的第17章還將專門討論結(jié)構(gòu)加固這個問題。二.某大糧庫工程鋼筋混凝土剛架柱施工質(zhì)量事故1.工程概況一大型國家糧庫由7座長60.0m寬30.0m柱頂高8.0m的鋼筋混凝土柱和剛梁組合的剛架結(jié)構(gòu)庫房組成。鋼筋混凝土柱斷面400mm×800mm。由于施工工藝比較落后，操作工人的技術(shù)不很熟練，在鋼筋混凝土柱身全高8.0m范圍內(nèi)，每根柱竟留了11道施工縫，且對施工縫的接縫處理不當，使每一條施工縫形成了完全斷裂的干縫。經(jīng)過國家級檢測單位檢測，認為所有施工縫百分之百的不合格，已構(gòu)成重大質(zhì)量事故。第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例2.施工質(zhì)量以進行抽檢的1#與2#庫房為代表，其施工質(zhì)量情況如下。(1)混凝土強度表。表12-1混凝土實測強度表(2)砌體強度滿足要求(3)施工縫合格率。1#庫房合格率5.7％；2#庫房合格率0.0％。(4)鋼筋。力學性能完全符合國家標準；電渣壓力焊試件完全滿足設計要求；化學成分含碳量略高；鋼筋配置符合設計圖紙。第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日施工質(zhì)量原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故兩例3.事故性質(zhì)從以上質(zhì)量指標所反映的情況看，認為本案例的事故性質(zhì)有如下特點：(1)施工縫的出現(xiàn)源于施工工藝落后和工人素質(zhì)偏低，但從其他質(zhì)量指標完成的情況看，人們主觀上還算盡了力，不存在質(zhì)量意識低的問題，這是可以諒解的。(2)問題的實質(zhì)是鋼筋混凝土柱身存在若干條屬于先天性的干縫。干縫只是個創(chuàng)口或病灶問題，不是全身性癥狀。只要縫合好創(chuàng)口，健康就可確保，不是疑難絕癥。(3)因此認為此類事故屬于偶然性人為過失引起的一般施工質(zhì)量事故。把性質(zhì)看得太嚴重，甚至驚動國家高層領(lǐng)導，似無此必要。4.處理措施處理此類事故極為簡便，只需外貼碳纖維布或抹丹強絲水泥砂漿將縫口封閉，并向縫內(nèi)用手壓泵壓注水泥砂漿，即可完全將干縫充填，能夠確保工程質(zhì)量。關(guān)于這一問題，在后面的第17章將作專門論述，這里不多贅述。第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例一.強梁弱柱事故一例1.工程概況1)設計要點某新建學校一次性建設了近20000m2的六層或七層框架結(jié)構(gòu)學生宿舍樓，其結(jié)構(gòu)平面如圖12.7所示。基于建筑功能上的特殊要求，宿舍樓的前后均被設置了寬度為1.2m的封閉式晾曬衣服的廊道，中間為寬度1.8m的過道。因此結(jié)構(gòu)平面內(nèi)共出現(xiàn)了6道長的縱向大梁，其中3道為縱向框架梁，3道為縱向承重梁，均擁有足夠的剛度。圖12.7學生宿舍樓結(jié)構(gòu)平面圖注：1.邊框架梁300×600；2.中框架梁300×600、300×700；3.縱梁250×600、300×600、300×700；4.橫框架梁250×500；5.框架柱450×450、400×500；6.次梁。第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例2)地質(zhì)條件建設場地雖屬填海漫灘，有3.0m左右的人工填土，但填土以下是深厚的中粗砂層，設計采用了靜壓預應力管樁基礎(chǔ)。有足夠的承載力和很好的穩(wěn)定性。經(jīng)過沉降觀察，樁基的最大沉降不大于10.0mm，因此可以認定地基基礎(chǔ)方面不存在問題。3)施工情況施工單位素質(zhì)較高，管理正規(guī)，檔案齊全，施工過程中未出現(xiàn)過違規(guī)操作現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)過其他影響工程質(zhì)量的不利因素。2.裂縫現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)裂縫在工程交付使用兩年后才陸續(xù)出現(xiàn)，但發(fā)展較快。1)墻面裂縫全部內(nèi)、外墻從底層到頂層均有規(guī)律性極強的傾斜裂縫，但外墻比內(nèi)墻嚴重，兩端(含山墻)比中間各跨嚴重，底層墻比上層墻嚴重。2)板面裂縫有規(guī)律性裂縫多集中出現(xiàn)在板的最大受力區(qū)，縫寬大于0.3mm，上下貫通，通過潑水試驗發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象。以房間為統(tǒng)計單位，裂縫率幾乎近100％第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例3)梁上裂縫①一律出現(xiàn)在梁的側(cè)立面上，呈棗核型，一般不向梁底擴展；②裂縫只出現(xiàn)在橫向框架梁上，不出現(xiàn)在縱向框架梁上，也不出現(xiàn)在縱向承重梁上；③底層為敞開架空層時，框架梁側(cè)立面上的棗核形裂縫更為嚴重。4)柱上裂縫①柱上水平裂縫一律出現(xiàn)在框架節(jié)點以下，也就是柱的最大彎矩位置。②柱上水平裂縫出現(xiàn)的時機在板、墻和梁上裂縫接近發(fā)育充分之后。③柱上水平裂縫出現(xiàn)的順序是先出現(xiàn)在樓梯間兩側(cè)的柱上，然后逐漸向兩端各柱順序發(fā)展。3.機理分析1)墻上傾斜裂縫的生成機理墻上有規(guī)律的傾斜裂縫必與一組有規(guī)律的主拉應力有關(guān)。主拉應力系由垂直應力與水平應力合成，無疑垂直應力來自墻頂荷載壓應力和墻身自重應力，那水平應力來自何方？既然不是由于不均勻沉降引起框架柱傾斜所致，就必然是由于剛度極大的框架梁脹縮變形拉(或推)動柱身傾斜所致，如圖12.8所示。第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例圖12.8縱向填充墻上的傾斜裂縫生成機理注：T.熱脹張拉力；C.冷縮擠壓力；б.主拉應力；δ.裂縫。第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例2)樓面板上的通長貫穿裂縫生成機理樓房面板上的通長裂縫既然出現(xiàn)在彎矩最大部位，顯然裂縫產(chǎn)生原因與荷載應力有關(guān)，但正彎矩的彎曲應力引起的裂縫只產(chǎn)生在跨中板底，不會向板面貫穿，負彎矩的彎曲應力引起的裂縫只產(chǎn)生在支座邊緣的板面，不會向板底貫穿，這些裂縫既然貫穿了板的全斷面，說明板內(nèi)還承受了一個強大的軸向拉應力，這個拉應力來自何方？認為就是強勁的縱向梁系熱漲變形與板的干縮變形同時作用引起的。3)橫向框架梁兩側(cè)棗核型裂縫生成機理梁側(cè)立面的棗核型裂縫無疑屬于梁的冷縮裂縫，但是為什么只有橫向框架梁身上的棗核形裂縫特別發(fā)育，而縱向梁側(cè)立面上卻不出現(xiàn)類似裂縫，這是由于6根縱向梁在橫向框架梁與柱側(cè)交叉以后，形成了剛度極大的平面格架，加強了框架柱節(jié)點的剛度，對橫向框架梁的脹縮變形起了強勁的約束作用，而且相對說來，橫向框架梁的剛度小，抵抗力弱，這就是橫向框架梁冷縮后棗核形裂縫特別發(fā)育的原因。而縱向框架梁系列則因自身剛度大，抵抗力強，而柱的剛度小，對縱梁的約束程度低，因此縱向梁上不出現(xiàn)裂縫。第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例4)框架柱上水平裂縫生成機理經(jīng)過計算，在梁側(cè)縱向雙梁的斷面慣矩分別為框架柱斷面慣矩的3.2倍或3.1倍，這是典型的強梁弱柱現(xiàn)象。根據(jù)理論計算(參見王鐵夢著《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》P395)，柱上必然會出現(xiàn)因縱梁脹縮變形引起的裂縫或因為外來水平荷載引起的變形而產(chǎn)生的裂縫。柱上水平裂縫發(fā)育為什么會滯后？是因為只有當板面裂縫、墻面裂縫以及橫向框架梁棗核形裂縫充分發(fā)育以后，結(jié)構(gòu)體系的整體性和抗水平荷載的能力基本喪失以后，縱向梁系所承受的水平力或膨縮變形才能有效地集中地傳遞到框架柱去，所以框架柱上的水平裂縫是最后發(fā)育了。4.安全評估框架柱上的水平裂縫是一種最危險的裂縫，為了堅守抗震設計準則中“大震壞而不倒”這一道最后防線，因此人們在結(jié)構(gòu)設計中非常重視“強柱弱梁”這一設計理論。第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例二.強柱弱梁事故一例強柱弱梁體系雖然對抗震設防有利，但也得適可而止，過猶不及。柱過強，梁過弱，同樣會引起嚴重的結(jié)構(gòu)裂縫事故。下面介紹的事例十分典型，限于篇幅，只作簡要敘述。某8層框架結(jié)構(gòu)教學大樓為雙面懸挑外廊式建筑，全長77.0m，設有一道伸縮縫。柱網(wǎng)為7.0進梁×9.0m開間，每面懸挑2.5m。與上例強梁弱柱不同的有下面兩點。(1)懸挑外梁為敞開式，邊梁不承重，斷面小。(2)為了滿足建筑要求，底層柱為圓斷面，直徑1050mm~1150mm；二層以上柱斷面從800mm×800mm減至700mm×700mm，柱斷面顯然偏大?？v框架梁斷面為250mm×800mm，剛度相對偏低。建成后經(jīng)過低溫考驗后，在縱向框架梁側(cè)面上普遍出現(xiàn)了棗核形裂縫，從底層向上層逐層發(fā)展，并遵循等距有序的規(guī)律，即裂縫先在中跨出現(xiàn)，將梁跨一分為二；然后二分為四，一般每跨梁都有3條裂縫，甚為規(guī)整，為典型的強柱弱梁冷縮裂縫事故。由于裂縫發(fā)展速度快，來勢驚人，曾經(jīng)引起人們恐慌，社會關(guān)注，以致被迫停課。隨后進行了加固處理，花費人民幣數(shù)百萬元。第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日設計原因引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫事故四例三.強架弱板二例強架弱板現(xiàn)象是當前一