住宅浴室浴室頂板故障分析

住宅浴室浴室頂板故障分析

1結構體系分析在確定陽臺支護方案時的應用在討論克拉瑪奇市多層混凝土住宅（新疆石油管理局管轄范圍）的特殊形式陽臺之前，有必要簡要介紹這個問題的背景。住宅陽臺的維修、加固、改造工程是在對克拉瑪依市多層磚混住宅曾經(jīng)進行的抗震鑒定基礎上提出的。為了有效實施這項工程,對于批量住宅陽臺的加固需要分期、分批進行,于是陽臺構件的可靠性分析就成為加固工程的基礎,顯然,這是一項具有普遍意義的系統(tǒng)工程研究課題。進行陽臺功能和現(xiàn)狀調查的同時調閱了各種住宅型號陽臺的圖紙,根據(jù)結構布局可知,其中預應力鋼筋混凝土樓板外伸陽臺占所調查住宅陽臺數(shù)量的絕大多數(shù)。為了敘述上的方便,下面將這種非嚴格意義上的懸板式陽臺稱之為“樓板外伸懸挑陽臺”(或“YKB挑出陽臺”)。其結構設計方案和結構力學模型不同于常見的“理想”懸挑陽臺—懸板式陽臺,經(jīng)結構受力分析和可靠性分析證實這種設計模式不夠理想或不合理。本文將重點討論這種結構設計有缺陷的陽臺。2現(xiàn)場調查階段2.1懸挑陽臺結構布置調查表明,克拉瑪依市住宅陽臺的建筑布局可分為全凹陽臺、半凹(或半凸)以及懸挑陽臺等幾種類型。全凹陽臺和半凹陽臺數(shù)量甚少,90%以上為懸挑陽臺。按照常規(guī),懸挑陽臺采用懸板式和懸梁式兩種方案進行結構布置。懸梁式陽臺荷載通過懸挑梁傳給支承構件;懸板式陽臺荷載通過懸挑板傳給支承構件?？死斠朗凶≌膽姨絷柵_除了懸梁式陽臺之外,更多數(shù)量的陽臺則是YKB挑出陽臺,表面上與懸板式陽臺相似。2.2ybc最佳使用方法,指征調查發(fā)現(xiàn)YKB挑出陽臺普遍破損較重,根據(jù)陽臺自身的破損現(xiàn)象分析,特別是通過YKB挑出陽臺和懸梁式陽臺破損現(xiàn)象、使用功能的比較分析,初步得出以下幾點認識:(1)YKB挑出陽臺現(xiàn)狀明顯劣于懸梁式陽臺。前者一般無破損或破損輕微;后者普遍有破損,甚至較重。(2)YKB挑出陽臺95%以上由敞開式改為封閉式,大多又作廚房使用;而懸梁式陽臺一般未封閉,若封閉多用作儲物,其次作簡易臥室等。因使用功能改變,破損程度不同,如生活陽臺破損程度重于普通陽臺。(3)YKB挑出陽臺多在2層破損嚴重,以上各層逐漸減輕。這種現(xiàn)象可能是環(huán)境條件影響所致,克拉瑪依地區(qū)可屬于第二類環(huán)境條件,因外部環(huán)境因素造成下層陽臺影響重于以上各層陽臺。(4)使用功能不同且使用條件不匹配,破損程度不同,如儲物間破損程度輕于廚房同樣封閉為廚房使用的陽臺,因住戶的使用條件欠佳和日常維護差而導致陽臺破損加重。(5)由普通陽臺改變?yōu)樯铌柵_,特別是作為廚房的陽臺,多建在建筑的陰面,缺少相應的供暖措施,導致陽臺的破損嚴重,可能來自凍融循環(huán)影響。3計算陽臺的可靠性3.1預應力混凝土外墻安裝結構模型YKB挑出陽臺的結構形式不同于一般的懸板式陽臺,主要承重構件是跨度較大的預應力板,陽臺邊板由于尺寸或開洞原因而采用普通的混凝土預制板,典型的預應力混凝土樓板挑出陽臺的結構布置和計算簡圖如圖1。根據(jù)陽臺板的受力情況,即受到均布荷載(陽臺與樓面自重與均布活荷載)及懸臂端的集中荷載,因此,計算模型為帶懸臂的簡支板,與帶懸臂的簡支梁類似。陽臺板示意如圖2。3.2ybc跨板板使用荷載的可靠性預應力混凝土結構是指構件受荷載之前混凝土受拉區(qū)已獲得了預壓應力。陽臺板的預應力鋼筋的張拉采用先張法。因此,針對YKB挑出陽臺的預應力板,采取如下計算思路:如果混凝土的預壓應力大于使用荷載的壓力,則混凝土就不承受拉應力,構件截面就不會開裂,因而可把預應力混凝土視作脆性材料轉變?yōu)閺椥圆牧稀＿\用材料力學公式計算截面應力,即將混凝土構件受到的荷載假定為兩組力的作用:一組是由預應力鋼筋的預拉力反向作用于構件截面上的預加力;另一組為外荷載作用力。然后,分別計算這兩組力產(chǎn)生的應力、應變和變形,并進行疊加。在當前使用功能下的使用荷載與設計荷載前提下計算YKB挑出陽臺的可靠度在另文中重點闡述。限于篇幅,計算過程不再贅述,僅將結論簡述如下:(1)必須說明的是,由于沒找到YKB挑出陽臺的設計參數(shù)與施工工藝等方面資料,驗算僅建立在符合XG8242基本數(shù)據(jù)假定條件下,其結果可能與原設計有出入。按照懸板式陽臺結構計算YKB挑出陽臺,其受力構件的強度與變形仍在設計的安全儲備及規(guī)范設計要求之內。然而,關鍵問題在于陽臺結構選型欠佳,因此,不是通過驗算就可以解決陽臺的安全可靠性評價問題的。嚴格地講,采用哪種力學模型簡化YKB挑出陽臺都不夠準確。(2)陽臺的安全鑒定除了陽臺的可靠度計算之外,還應包括構造措施檢查。顯然,因其結構模型選擇欠妥,討論構造措施意義已不重要。根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定》(50292—1999)對于房屋整體結構原設防烈度6度情況,按基本烈度7度設防鑒定表明:陽臺的構件聯(lián)結與節(jié)點處理不完全符合要求。4他類型陽臺的設計和施工通過對克拉瑪依市多層磚混結構住宅陽臺的大量調查,除了發(fā)現(xiàn)YKB挑出陽臺的破損明顯重于其他類型陽臺之外,據(jù)不完全了解,這種形式陽臺自1979年在結構設計中開始使用以來,一直延續(xù)采用至1990年,達10年之久,因此有必要對其設計方案、施工方案及使用效果進行分析、評價。為了闡明YKB挑出陽臺存在的不合理之點,需要從陽臺結構特點和受力等方面予以論述。4.1陽臺挑梁、ybc未開創(chuàng)新臺三種懸挑陽臺的結構特點如下:(1)懸板式陽臺結構力學模型為一懸臂(板式)梁,通常采用現(xiàn)澆方法施工。(2)懸梁式陽臺的主要構件有陽臺板、陽臺挑梁、陽臺封口梁和陽臺攔板組成。陽臺挑梁是這種陽臺的主要承重構件。陽臺挑梁力學模型是一懸臂梁;而封口梁為次承重構件,其力學模型是一簡支梁,它將荷載傳給陽臺挑梁。(3)YKB挑出陽臺是本文要專門討論的一種特殊形式的懸挑陽臺,在傳統(tǒng)陽臺中無此種形式,目前尚未見到這種陽臺。從表面布置來看,伸臂部分(即陽臺的外伸板段)與一般意義上的懸板式陽臺相似,但從力學模型來看又完全不同于懸板式陽臺;似乎與屋面板外伸的鋼筋混凝土挑檐的結構類型有相似之處。4.2多層住宅預應力構件應力分析陽臺是由鋼筋混凝土(或預應力混凝土)構件,作為承重梁、板的。無論梁還是板都是由鋼筋、混凝土兩種基本材料組成。而樓板外伸懸挑陽臺的承重構件是由預應力混凝土空心板組成。從結構受力角度來看,鋼筋混凝土構件可分為受彎、受扭、受拉、受壓構件,以受彎構件為例應力分析如下。最常見的多層住宅是用預應力混凝土圓孔板作建筑中的樓蓋,預應力混凝土圓孔板樓蓋正是一種典型的受彎構件。而常見的預應力混凝土空心板(受彎構件)的應力分布,通過一個等效于圓孔板受彎構件的“工”字形截面的預應力分布圖可以說明(圖3)。由圖4可進一步得知圖1所示受彎構件在荷載M作用下截面的各階段應力分布。圖4(a)為荷載作用前的預應力分布,在荷載產(chǎn)生的彎矩M作用下截面上的正應力增量σ分布如圖4(b)。當外荷彎矩M0(消壓彎矩)產(chǎn)生的截面上緣產(chǎn)生拉應力σ正好抵消了預壓應力σc,則σ-σc如圖4(c)。當截面上緣產(chǎn)生的拉應力σ大于預壓應力σc時,但σ-σc≤ft,表明截面拉區(qū)混凝土尚未開裂,這里ft為混凝土抗壓強度;當M產(chǎn)生的截面上緣的拉應力σ大于預壓應力σc且σ-σc>ft時,則表明截面拉區(qū)混凝土已經(jīng)開裂,如圖4(d)。4.3細部構造處理陽臺的結構分析包括兩方面:受力分析和(細部)構造處理。下面通過與各種懸挑構件的比較分析、與預應力鋼筋混凝土構件的比較分析及構造處理進行陽臺的結構分析。4.3.1陽臺結構形式的比較分析為了便于分析,把YKB挑出陽臺看作是一種非嚴格意義上的懸板式陽臺。從懸挑陽臺的結構布置角度出發(fā),首先通過與各種懸挑構件的比較分析廣泛使用的YKB挑出陽臺的結構受力等。預應力混凝土空心樓板挑出陽臺-YKB挑出陽臺的結構布置(見圖1)與結構計算模型已如前所述。常用的兩種懸挑陽臺結構布置方式如圖5和圖6,分別是懸梁式陽臺和懸板式陽臺。從圖5中可以看出懸梁式陽臺荷載是通過懸挑梁傳給支承構件。陽臺板多用預制,陽臺挑梁采用現(xiàn)澆。驗算包括陽臺挑梁(懸臂梁)、封口梁(簡支梁)的截面強度及陽臺挑梁的抗傾覆強度,還有陽臺攔板的抗推力強度。懸板式陽臺又常有現(xiàn)澆全挑懸板式和預制半挑(帶外伸)懸挑式陽臺。前者采用現(xiàn)澆方法施工,有時因為陽臺板的尺寸非模數(shù)化而需采用現(xiàn)澆方法解決結構布置。從圖6中可以看出懸板式陽臺荷載是通過懸挑板傳給支承構件。懸板式陽臺的破壞形態(tài)與雨蓬相同,其設計與雨蓬相似,只是多了個陽臺攔板。其驗算包括陽臺板(懸臂板)、陽臺梁(簡支梁)的截面強度和陽臺的抗傾覆強度,還有陽臺攔板的抗推力強度。從結構布置來看YKB挑出陽臺又與鋼筋混凝土挑檐有相似之處,只是YKB挑出陽臺采用樓板外伸,而挑檐采用屋面板外伸。其計算簡圖又與雨蓬相似。YKB挑出陽臺結構布置與上述各種形式的懸挑構件的比較分析如下:與懸梁式陽臺比較:YKB挑出陽臺的陽臺板為荷載主要支承構件,而懸梁式陽臺的荷載是通過陽臺傳給陽臺板、再傳給主要支承構件陽臺挑梁;YKB挑出陽臺的承重構件是預應力空心樓板延伸的懸臂板梁,而懸梁式陽臺的承重構件—懸臂梁擱置在承重墻體上;YKB挑出陽臺外端無約束構件,而懸梁式陽臺外端設封口梁約束陽臺板。與現(xiàn)澆全挑懸板式陽臺比較:YKB挑出陽臺的承重構件采用預制空心樓板,施工簡便,但板與板間連接不能保證其整體性良好,而現(xiàn)澆全挑懸板式陽臺的承重構件與樓板無關,多采用現(xiàn)澆方法施工,整體性好;YKB挑出陽臺的陽臺板直接擔在墻體上,板與墻體難于做構造處理;而現(xiàn)澆全挑懸板式陽臺則是由陽臺梁和陽臺板整澆而成,其陽臺梁嵌于墻體。與預制半挑(帶外伸)的懸板式陽臺比較:YKB挑出陽臺與預制半挑(帶外伸)的懸板式陽臺均為預制方式施工,但是后者沿(縱向)凹進墻體的陽臺板上設鋼筋混凝土壓檻、檻下壓陽臺板,板下設過梁,沿(縱向)凸出墻體的陽臺板下設陽臺梁。前者整體性差,而后者因陽臺板兩側凹進墻體和陽臺梁共同約束陽臺,其整體性遠優(yōu)于前者。與雨蓬比較:雨蓬是由雨蓬板和雨蓬梁組成。YKB挑出陽臺的懸臂板是預應力空心板的外伸板段,其板擱置在墻體處為不完全固定,由樓板傳遞荷載給懸臂板,而雨蓬板一般是固定在雨蓬梁上的懸臂板,雨蓬梁一方面支承雨蓬板,另一方面又兼起過梁的作用;YKB挑出陽臺除了靠其上部墻體的重量嵌固在墻內,還有樓板部分的約束,而整個雨蓬則靠雨蓬梁自重與其上部墻體的重量固定在墻內。與鋼筋混凝土挑檐比較:常見的鋼筋混凝土挑檐有三種:挑檐與圈梁整澆,其上鋪屋面板;預制鋼筋混凝土挑檐板,直接擱置在屋面板和磚墻上;靠挑梁和屋面板外伸形成挑檐。YKB挑出陽臺的陽臺板是樓板,而外伸形成的挑檐板是屋面板,樓板和屋面板的荷載不同、挑出長度不同,其與墻體等聯(lián)系的構造處理也不同。分析表明:YKB挑出陽臺的結構布置方式為非理想結構布置方式。存在上述一些缺陷,如整體性差、支座處理含糊等不足。4.3.2ysk法律應力場分布預應力混凝土樓板外伸兼作陽臺雖然可以簡化施工工序并加快施工進程,但是陽臺板必須同時滿足結構受力的要求(樓板截面受拉區(qū)為正彎矩,而陽臺板截面受拉區(qū)為負彎矩)以及施加預應力的布筋條件,即只有在帶伸臂簡支板梁截面上、下通長布相同數(shù)量、相同強度的預應力筋才能滿足結構受力要求,致使難度轉移到施加預應力工序上。為了討論YKB挑出陽臺的結構受力和設計方案之不足,下面分別與幾種預應力混凝土構件和鋼筋混凝土(非預應力)受彎構件進行比較分析。與先張法預應力混凝土空心板受彎構件比較:圖4表示常見的預應力混凝土空心板(等效“工”字型截面)受彎構件的應力分布;而圖7則表示YKB挑出陽臺板等效“工”字型截面配筋、預應力分布及幾個階段的應力分布。顯然,圖4和圖7的應力分布不同,圖4所示“工”字型截面僅在受拉區(qū)配置鋼筋,一般多用作樓板,目前暫未見到有用作陽臺挑板(即陽臺主要承重構件)的;而圖7所示的YKB挑出陽臺的等效“工”字型截面則在受壓區(qū)和受拉區(qū)都配置預應力筋,但是受壓區(qū)預應力鋼筋不發(fā)揮作用,僅為了滿足這種結構受力布置、方式的要求而已。與鋼筋混凝土雙筋截面受彎構件比較:從圖7可知,施加預應力后受到荷載引起的M作用時其應力分布卻與雙筋截面梁(非預應力混凝土受彎構件)的作用相似,即圖7所示板的截面受荷載作用后的應力變化相似于非預應力混凝土雙筋截面梁受彎構件,但與其用途又不全相同。雙筋截面受彎構件通常是非預應力混凝土構件,一般出現(xiàn)在這兩種情況:(1)當截面承受的彎矩較大,而截面高度受到使用要求的限制不能增大;提高混凝土等級時又要受到施工條件所限,以致單筋矩形截面無法滿足條件時采用。(2)當構件在不同荷載組合下產(chǎn)生變號彎矩時,如在風力或地震力作用下的框架橫梁。與預應力混凝土軸心受拉構件比較:圖8表示張拉法預應力混凝土軸心受拉構件的截面鋼筋布置及應力分布。不難發(fā)現(xiàn),圖7所示YKB挑出陽臺的截面配筋與圖8軸心受拉矩形截面的預應力分布相似。所不同的是圖7(a)中的板截面上、下預應力筋獲得了一組軸向平行預拉應力,而圖8的梁截面的預應力筋則獲得了軸心預拉應力。無論圖7還是圖8的板或梁截面上的混凝土都同時建立起預壓應力。單從構件中的預應力筋產(chǎn)生預拉應力和混凝土中建立的預壓應力的效果可以推測對其施加預應力的目的是承受軸向荷載作用的。然而,圖7(a)中的YKB挑出陽臺截面并不發(fā)生軸向作用,僅需承受垂直于軸向荷載產(chǎn)生的彎矩作用,或者說二者初始預應力同為軸向力,而荷載作用類型不同,一個承受軸向力,另一個則承受彎矩。通過陽臺結構的承重構件受荷載作用的應力分布比較分析,說明YKB挑出陽臺的結構力學模型不理想,存在力學概念模糊問題。構件的預應力和混凝土在板截面上的應力分布成型時,等效于一個軸向受力預應力混凝土構件;在正常使用時相似于一個鋼筋混凝土雙筋截面梁式受彎構件,而后者不用作懸挑陽臺的承重構件;相比一般預應力混凝土空心板,且因在初始階段,其受壓區(qū)已增加了初始壓力,對控制撓度無任何貢獻;雖相似于常見的預應力鋼筋混凝土“工”字型受彎構件,但YKB截面為板,而不同于梁,其受壓區(qū)預應力筋只能采用普通鋼筋。4.3.3結構計算公式的要求除了結構受力之外,構造處理是結構分析的一個同等重要內容,構造處理是否滿足規(guī)范條文要求是為正確的結構計算創(chuàng)造有利條件的基礎,合理的構造處理應當使結構計算盡可能反映結構荷載響應的客觀情況。然而,如果不改變當前的結構受力狀態(tài),討論其構造處理意義不大,也無從加以解決。5結構整體剛度通過陽臺的結構分析,從理論上證明了YKB挑出陽臺破損重于其他類型陽臺的原因;這恰恰與現(xiàn)場調查的破壞規(guī)律相吻合。顯然,由于YKB挑出陽臺自身存在的缺陷及外界因素影響產(chǎn)生了新問題,隨之而來的關于YKB挑出陽臺的可靠性評價如下。(1)YKB挑出陽臺是由幾塊帶懸臂的簡支板加上陽臺邊板拼合而成陽臺,無論用哪種力學模型計算、分析都不能準確簡化這種結構形式。(2)懸挑板支座處理模糊,結構力學概念模糊,導致以下諸多問題:1)結構整體性差。一般情況下,結構的強度滿足,剛度要求一般也滿足,但是承重的陽臺板僅用砂漿彌合填塞不易擠緊,板與板之間具有相對獨立性,因此,結構整體剛度要求不易滿足,換言之,剛度又可能成為結構不可忽視的控制因素。如兩側邊板荷載較大,易在構件表面出現(xiàn)混凝土過早酥碎、崩裂等破損;因荷載分布差異,還可能出現(xiàn)邊板與其他板或板與板之間的不同步變形等。2)造成鋼筋浪費。陽臺板的截面上、下布筋是為了就著樓板簡化施工,但是受壓區(qū)預應力筋的作用不大,造成鋼筋浪費。若將陽臺視為雙筋截面受彎構件時又不需要采用預應力筋。3)陽臺板端頭不易處理。目前在全國范圍內還沒有見到這種設計方式—用預應力混凝土空心板挑出兼做陽臺,由于陽臺板端頭缺少約束,進一步導致結構整體性差。4)易于產(chǎn)生預應力松馳。由于陽臺板端頭不易處理好,板的預應力筋易于松馳、損失,構件的承載能力易于過早失效。5)鋼筋有效面積減少的速度快。預應力混凝土空心板的鋼筋比一般的預應力混凝土受彎構件(梁)鋼筋細,鋼筋一旦受到腐蝕,其截面面積減少的速度加快。6)易于受到外部環(huán)境條件因素