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建筑施工時(shí)的裂縫分析

2008-10-08 09:23    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  施工項(xiàng)目質(zhì)量問題的分析,是正確擬定質(zhì)量事故處理方案的前提,是明確質(zhì)量事故責(zé)任的依據(jù)。為此,要求對質(zhì)量問題的分析力求全面、準(zhǔn)確、客觀;對事故的性質(zhì)、危害、原因、責(zé)任都不能遺漏。要有科學(xué)的論證和判斷;言之有理:論之有據(jù),方能達(dá)到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的目的。

  一、墻體裂縫分析

  在混合結(jié)構(gòu)中墻體裂縫是常見的質(zhì)量問題,引起裂縫的原因有地基不均勻沉降、溫度應(yīng)力、地震力、膨脹力、凍脹力、荷載和施工質(zhì)量等,F(xiàn)就地基不均勻沉降和溫度應(yīng)力引起墻體裂縫特征分析如下:

  (一)地基不均勻沉降引起墻體裂縫分析

  房屋的全部荷載最終通過基礎(chǔ)傳給地基,而地基在荷載作用下,其應(yīng)力是隨深度而擴(kuò)散,深度大,擴(kuò)散愈大,應(yīng)力愈小;在同一深處,也總是中間最大,向兩端逐漸減小。也正是由于土壤這種應(yīng)力的擴(kuò)散作用,即使地基地層非常均勻,房屋地基應(yīng)力分布仍然是不均勻的,從而使房屋地基產(chǎn)生不均勻沉降,即房屋中部沉降多,兩端沉降少,形成微向下凹的盆狀曲面的沉降分布。在地質(zhì)較好、較均勻,且房屋的長高比不大的情況下,房屋地基不均勻沉降的差值是比較小的,一般對房屋的安全使用不會(huì)產(chǎn)生多大的影響。但當(dāng)房屋修建在淤泥土質(zhì)或軟塑狀態(tài)的粘性土上時(shí),由于土的強(qiáng)度低、壓縮性大,房屋的絕對沉降量和相對不均勻沉降量都可能比較大。如果房屋設(shè)計(jì)的長高比較大,整體剛度差,而對地基又末進(jìn)行加固處理,那么墻體就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫。裂縫對稱的發(fā)生在縱墻的兩端,向沉降較大的方向傾斜,沿著門窗洞口約成45.呈正八字形,且房屋的上部裂縫小,下部裂縫大。這種裂縫,必然是地基附加應(yīng)力作用使地基產(chǎn)生不均勻沉降而形成的。

  當(dāng)房屋地基土層分布不均勻,土質(zhì)差別較大時(shí),則往往在不同土層的交接處或同一土層厚薄不一處出現(xiàn)較明顯的不均勻沉降,造成墻體開裂,其裂縫上大下小,向土質(zhì)較軟或土層較厚的方向傾斜。

  在房屋高差較大或荷載差異較大的情況下,當(dāng)未留設(shè)沉降縫時(shí),也容易在高低和較重的交接部位產(chǎn)生較大的不均勻沉降裂縫。此時(shí),裂縫位于層數(shù)低的荷載輕的部分,并向上朝著層數(shù)高的荷載重的部分傾斜。

  當(dāng)房屋兩端土質(zhì)壓縮性大,中部小時(shí),沉降分布曲線將成凸形,此時(shí),往往除了在縱墻兩端出現(xiàn)向外傾斜裂縫外,也常在縱墻頂部出現(xiàn)豎向裂縫。

  在多層房屋中,當(dāng)?shù)讓哟芭_(tái)過寬時(shí),也往往容易因荷載由窗間墻集中傳遞,使地基不均勻沉降,致使窗臺(tái)在地基反力作用下產(chǎn)生反向彎曲,引起窗臺(tái)中部的豎向裂縫。

  此外,新建房屋的基礎(chǔ)若位于原有房屋基礎(chǔ)下,則要求新、舊基礎(chǔ)底面的高差H與凈距L的比值應(yīng)小于0.5~1.否則,由于新建房屋的荷載作用使地基沉降而引起原有房屋、墻體裂縫。同理,在施工相鄰的高層和低層房屋時(shí),亦應(yīng)本著先高、重,后低、輕的原則組織施工;否則,若先施工了低層房屋后再施工高層房屋,則也會(huì)造成低層房屋墻體的開裂。

  從以上分析可知,裂縫的分布與墻體的長高比有密切關(guān)系,長高比大的房屋因剛度差,抵抗變形能力差,故容易出現(xiàn)裂縫;因縱墻的長高比大于橫墻的長高比,所以大部分裂縫發(fā)生在縱墻上。裂縫的分布與地基沉降分布曲線密切有關(guān),當(dāng)沉降分布曲線為凹形時(shí),裂縫較多的發(fā)生在房屋下部,裂縫寬度下大上;當(dāng)沉降分布曲線為凸形,裂縫較多的發(fā)生在房屋的上部,裂縫寬度上大下小。裂縫分布與墻體的受力特點(diǎn)密切有關(guān),在門窗洞口處,平面轉(zhuǎn)折處、層高變化處,由于應(yīng)力集中,往往也就容易出現(xiàn)裂縫;又因墻體是受剪切破壞,其主拉應(yīng)力為45.所以裂縫也成45傾斜。

  為了防止地基不均勻沉降引起墻體開裂,首先應(yīng)處理好軟土地基和不均勻地基,但在擬定地基加固和處理方案時(shí),又應(yīng)將地基處理和上部結(jié)構(gòu)處理結(jié)合起來考慮使其能共同工作;不能單純從地基處理出發(fā),否則,不僅費(fèi)用大;而效果亦差。在上部結(jié)構(gòu)處理上有:改變建筑物體型;簡化建筑物平面;合理設(shè)沉降縫;加強(qiáng)房屋整體剛度 (如增加橫墻、增設(shè)圈梁、采用筏式基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等);采用輕型結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)等。

  二、懸挑結(jié)構(gòu)坍塌分析

  懸挑結(jié)構(gòu)坍塌實(shí)例較多,一是整體傾覆坍塌;二是沿懸臂梁、板根部斷塌。其主要原因有:

  1.穩(wěn)定力矩小于傾覆力矩

  懸挑結(jié)構(gòu)是靠壓重或外加拉力來保持穩(wěn)定,要求抗傾覆的安全因素不小于1.5,若穩(wěn)定力矩小于傾覆力矩時(shí),必然失穩(wěn),傾覆坍塌。如雨蓬、挑梁,當(dāng)梁上壓重(砌磚的高度)不能滿足穩(wěn)定要求時(shí),就拆除支撐、模板,即會(huì)產(chǎn)生坍塌事故。

  2.模板支撐方案不當(dāng)

  懸挑結(jié)構(gòu)根部受力最大,當(dāng)混凝土澆筑后,尚未達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí),模板支撐產(chǎn)生沉降,根部混凝土隨即開裂,拆模后將從根部產(chǎn)生斷裂坍塌;若懸挑結(jié)構(gòu)為變截面時(shí),施工時(shí)將模板做成等截面外形,而造成根部斷面減小,拆模后也會(huì)造成斷塌事故。

  3.鋼筋錯(cuò)位、變形

  懸挑結(jié)構(gòu)根部負(fù)彎矩最大,主筋應(yīng)配在梁板的上部。若施工時(shí)將鋼筋放在下部,或被踩踏向下變形過大,或錨固長度不夠等原因,拆模后,均會(huì)導(dǎo)致根部斷塌。

  4.施工超載

  懸挑結(jié)構(gòu)的固端彎矩與作用荷載成正比,如施工荷載超過設(shè)計(jì)荷載,當(dāng)模板下沉?xí)r就在根部出現(xiàn)裂縫;尤其是當(dāng)由根部向外澆筑混凝土?xí)r,隨著荷載增加;模板變形,也極容易在根部產(chǎn)生裂縫,導(dǎo)致拆模后斷裂。

  5.拆模過早

  不少懸挑結(jié)構(gòu)斷塌事故都是由于拆模過早,混凝土未達(dá)到足夠強(qiáng)度所造成。所以,規(guī)范規(guī)定,跨度小于2m的懸臂梁及板,混凝土拆模強(qiáng)度應(yīng)大于等于70%;跨度大于2m的懸臂梁及板,混凝土的拆模強(qiáng)度為100%.

  三、鋼筋混凝土柱吊裝斷裂事故分析

 。ㄒ唬┦鹿矢艣r

  某工程項(xiàng)目C列柱為等截面柱,長l2m;斷面為40Omm*6OOmm;采用對稱配筋,每邊為4業(yè)16,構(gòu)造筋為2業(yè)12;混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,吊裝時(shí)已達(dá)100%強(qiáng)度;柱為平臥預(yù)制,一點(diǎn)起吊;吊點(diǎn)距柱頂2m;剛吊離地面時(shí),在柱腳與吊點(diǎn)之間離柱腳4.8m左右產(chǎn)生裂縫,裂縫沿底面向兩側(cè)面延伸貫通,最大寬度達(dá)1.3mm,使柱產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。

  (二)事故原因分析

  此事故的主要原因是:柱平臥預(yù)制吊裝,吊點(diǎn)受力與使用受力不一 致;吊點(diǎn)選擇不合理,吊裝彎矩過大,其抗彎強(qiáng)度和抗裂度不能滿足要求所造成,F(xiàn)予以分析驗(yàn)算如下:

  1.吊點(diǎn)選擇不符合吊裝彎矩MDm,最小的原則

  柱子吊裝彎矩的大小與吊點(diǎn)位置密切有大而遭受破壞,其吊點(diǎn)選擇的原則:必須力求吊裝彎距最小。為此,對等截面柱,當(dāng)一點(diǎn)起吊時(shí),應(yīng)使|Mmx|=|一MD|,即跨中最大正彎距語吊點(diǎn)處負(fù)彎距的絕對值相等。據(jù)此求得吊點(diǎn)位置距柱頂為0.293L(L為柱長)處。當(dāng)L為12米時(shí),吊點(diǎn)距柱頂應(yīng)為0.293X12=3.5m.原吊點(diǎn)離柱頂為2m,故不符合吊裝彎矩最小的原則,吊裝時(shí)必然使跨中最大彎矩的絕對值大于吊點(diǎn)處負(fù)彎矩的絕對值,所以裂縫發(fā)生在跨中最大正彎矩的截面處。

  2.柱子吊裝中抗彎強(qiáng)度不夠

  現(xiàn)就按吊裝彎矩最小進(jìn)行驗(yàn)算,柱子平臥預(yù)制一點(diǎn)起吊,其抗彎強(qiáng)度也不能滿足要求。驗(yàn)算結(jié)果如下:

 。1)計(jì)算荷載g取鋼筋混凝土重力密度為25000N/m,則自重為0.4×0.6×25000=6000N/m;動(dòng)載系數(shù)為1.3~1.5,取1.5,則計(jì)算荷載q=1.5×6000=9000N/m.

 。2)計(jì)算簡圖

  按吊裝彎短最小的原則,吊點(diǎn)離柱頂為3.5m,吊裝時(shí)柱腳不離地,柱子剛吊離地面近似于一根懸臂的簡支梁。

  3.柱子吊裝中抗裂度不夠

  按施工驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定,鋼筋混凝土構(gòu)件在吊裝中受拉區(qū)裂縫寬度不大于0.2~0.3mm,而裂縫寬度與鋼筋的受拉應(yīng)力有關(guān),鋼筋受拉應(yīng)力愈大,則裂縫寬度愈大。所以,在柱子吊裝中常用鋼筋的拉應(yīng)力來控制裂縫的寬度。只要鋼筋拉應(yīng)力滿足下式要求,說明裂縫寬度在允許范圍內(nèi),能滿足抗裂度要求。說明抗裂度不能滿足要求。

 。ㄈ┙(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)從上述事故中,應(yīng)吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)如下:

 。1)由于柱子吊裝受力與使用受力不一,故必須進(jìn)行吊裝驗(yàn)算。

 。2)當(dāng)?shù)跹b受力與使用受力不一時(shí),吊點(diǎn)選擇應(yīng)符合吊裝彎矩最小的原則,以免吊裝彎矩過大而過受破壞。如在本例中,按吊裝彎矩最小的原則,確定吊點(diǎn)距柱頂為3.5m時(shí),其跨中的正彎矩與吊點(diǎn)處的負(fù)彎矩的絕對值相等,均為55.125XlO.而按原吊點(diǎn)距柱頂為2m時(shí),其跨中最大彎矩為103.68X1O.N.mm,最大彎矩截面距柱腳為4.8m處。由此可見,原吊點(diǎn)跨中正彎矩要比按吊裝彎矩最小的原則確定吊點(diǎn)跨中正彎矩大1.88倍。該柱在離柱腳4.8m處出現(xiàn)較大裂縫,產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象,也證明了該截面處的吊裝彎矩最大。

  (3)當(dāng)?shù)跹b受力與使用受力一致時(shí),吊點(diǎn)的選擇應(yīng)盡可能符合使用受力的要求,如簡支梁的兩吊點(diǎn)應(yīng)靠近梁的兩端;懸臂梁的兩吊點(diǎn)應(yīng)在梁的兩支座處。

  (4)若經(jīng)吊裝驗(yàn)算,抗彎強(qiáng)度和抗裂度不能滿足時(shí),首先考慮翻身起吊。如本例采用翻超身吊時(shí),則抗彎強(qiáng)度和抗裂度均可滿足,若翻身起吊仍不能滿足時(shí),則可增加吊點(diǎn),改一點(diǎn)起吊為二點(diǎn)起吊,以減小吊裝彎矩,或采取臨時(shí)加圊措施。

  此外,為了便于就位、對中,確保吊裝安全,構(gòu)件綁扎時(shí)務(wù)使吊鉤中心線對準(zhǔn)構(gòu)件重心;水平構(gòu)件吊裝兩點(diǎn)綁扎時(shí),應(yīng)分別用兩根吊繩;且對等截面構(gòu)件,還要求兩吊點(diǎn)左右對稱,兩根吊繩長短一致;吊繩水平夾角應(yīng)大于等于60.不得小于45.;嚴(yán)禁斜吊和起重機(jī)負(fù)荷行駛。

延伸閱讀:建筑 施工 裂縫分析
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