建筑施工裂缝分析?
建筑工程质量问题分析是正确制定质量事故处理方案的前提,是明确质量事故责任的基础。因此,对质量问题的分析要求全面、准确、客观;事故的性质、危害、原因、责任不能遗漏。要有科学的论证和判断;很合理:理论有据,才能达到统一认识的目的。
一、墙体裂缝分析
墙体裂缝是混合结构中常见的质量问题,由地基不均匀沉降、温度应力、地震力、膨胀力、冻胀力、荷载和施工质量等因素引起。地基不均匀沉降和温度应力引起的墙体裂缝特征分析如下:
(一)地基不均匀沉降引起的墙体裂缝分析
房子的所有荷载最终通过地基传递给地基,地基的应力在荷载作用下随深度扩散。深度越大,扩散越大,应力越小。在同一深度,总是中间最大,两端逐渐减小。正是由于土体应力的扩散,即使地基地层非常均匀,建筑地基的应力分布仍然是不均匀的,这就导致了建筑地基的不均匀沉降,即建筑中间沉降多,两端沉降少,形成了一个略向下凹的盆状地表沉降分布。当地质较好且均匀,建筑物长高比不大时,建筑物基础不均匀沉降的差异相对较小,一般不会对建筑物的安全使用产生太大影响。但当房屋建在淤泥质土或软塑粘性土上时,由于土的强度低、压缩性高,房屋的绝对沉降和相对不均匀沉降可能会比较大。如果建筑的长度和高度都比较大,整体刚度差,不加固地基,那么墙体就可能出现严重的裂缝。裂缝对称出现在纵墙两端,向大沉降方向倾斜,约为45°。沿门窗洞口呈规则图形,房屋上部裂缝小,下部裂缝大。这种裂缝一定是由于地基附加应力引起地基不均匀沉降造成的。
当建筑地基土层分布不均匀,土质差异较大时,不同土层交界处或同一土层不同厚度处往往出现明显的不均匀沉降,导致墙体开裂,裂缝有大有小,并向软土或厚土层方向倾斜。
在建筑高度差较大或荷载差较大的情况下,没有沉降缝时,高低重交界处容易产生较大的不均匀沉降裂缝。此时裂缝位于层数少、荷载轻的部位,向层数多、荷载重的部位向上倾斜。
当房屋两端土的压缩性较大,中间部分较小时,沉降分布曲线会呈凸形。此时,除了纵墙两端向外倾斜的裂缝外,纵墙顶部也常出现垂直裂缝。
在多层住宅中,当底层窗台过宽时,由于窗间墙体荷载的集中传递,往往容易引起地基的不均匀沉降,导致窗台在地基反力的作用下发生反向弯曲,造成窗台中间出现竖向裂缝。
另外,如果新建筑的基础位于原建筑下方,则新老基础底面的高差H与净距L之比应小于0.5~1。否则地基会因新建筑的荷载而沉降,造成原建筑和墙体的裂缝。同样,在相邻高层和低层住宅的施工中,也应按照先高后重、先低后轻的原则组织施工;否则,如果先建低层,后建高层,也会造成低层墙体开裂。
从以上分析可以看出,裂缝的分布与墙体的高宽比密切相关。长高比大的房屋,刚度差,抗变形能力差,容易出现裂缝。由于纵墙的长高比大于横墙的长高比,大部分裂缝发生在纵墙上。裂缝的分布与地基沉降分布曲线密切相关。当沉降分布曲线呈凹形时,裂缝多发生在房屋下部,裂缝宽度有大有小。当沉降分布曲线呈凸形时,房屋上部常出现裂缝,裂缝宽度有大有小。裂缝的分布与墙体的力学特性密切相关。由于应力集中,门窗洞口、平面转折处、高度变化处往往容易出现裂缝。因为墙被剪切破坏,它的主拉应力是45。所以裂缝倾斜45度。
为防止地基不均匀沉降引起墙体开裂,应先处理软土地基和不均匀地基,但在拟定地基加固处理方案时,应将地基处理和上部结构处理结合起来,使之共同工作;不能单纯从地基处理入手,否则不仅花费大;而且效果也差。在上层建筑的处理上,有:改变建筑的造型;简化建筑平面;合理的沉降缝;加强房屋的整体刚度(如增加横墙、增加圈梁、采用席式基础、箱型基础等。);采用轻型结构,结构灵活等。
二、悬臂结构倒塌分析
悬臂结构倒塌的例子很多,一种是整体倾覆倒塌;第二,沿着悬臂梁和板的根部坍塌。主要原因是:
1.稳定力矩小于倾覆力矩。
悬臂结构的稳定性由重量或外部拉力维持,要求抗倾覆安全系数不小于1.5。如果稳定力矩小于倾覆力矩,必然会失稳、倾覆、倒塌。如雨篷、悬挑梁等,当梁上的重量(砌砖高度)达不到稳定要求时,就会拆除支撑和模板,导致坍塌事故。
2.模板支撑方案不当
悬臂结构根部的应力最大。混凝土浇完,强度不够,模板支撑就会沉降,根部混凝土马上开裂。模板拆除后,会从根部断裂坍塌。如果悬臂结构为变截面,施工时会将模板做成等截面形状,使根部截面减小,拆模后会造成坍塌事故。
3.钢筋的错位和变形
悬臂结构根部负弯矩最大,主筋宜布置在梁板上部。如果施工时钢筋放在下部,或者被踩踏时向下变形过大,或者锚固长度不够,拆模后根部就会坍塌。
4.建筑超负荷
悬臂结构固定端的弯矩与作用载荷成正比。如果施工荷载超过设计荷载,模板下沉时根部会出现裂缝。特别是从根部向外浇筑混凝土时,随着荷载的增加;模板变形,也极易在根部产生裂缝,导致拆模后断裂。
5.早期拆模
很多悬挑结构倒塌事故都是由于拆模过早、混凝土强度不足造成的。因此,规范规定跨度小于2m的悬挑梁板混凝土拆模强度应大于或等于70%;跨度大于2m的悬挑梁板,混凝土拆模强度为100%。
三、钢筋混凝土柱吊装断裂事故分析
(1)事故概述
某工程项目C柱为等截面柱,长度为l2m;截面为40 omm * 6 omm采用对称配筋,每边4业16,结构配筋2业12;混凝土强度等级为C20,吊装时已达到100%强度。立柱水平预制,一点吊装;吊点距离立柱顶部2米;刚吊离地面时,距柱脚约4.8m的吊点与柱脚之间出现裂缝,裂缝沿底面贯穿两侧,最大宽度为1.3mm,导致立柱断裂。
(2)事故原因分析
这起事故的主要原因是:立柱预制水平吊装时,吊点受力与使用时不一致;吊点选择不合理,起吊力矩过大,其抗弯强度和抗裂性达不到要求。分析和计算如下:
1.吊点的选择不符合最小提升力矩MDm原则。
立柱的提升弯矩与吊点位置密切相关,因此损坏。选择吊点的原则是起吊弯曲距离必须最小。因此,当吊起一点等截面的柱时,其|Mmx|=| MD|的绝对值,即跨中最大正弯距与吊点负弯距应相等。据此,吊点位置为0.293L(距柱顶L(L为柱长)。l为12m时,吊点与柱顶的距离应为0.293x12 = 3.5m,原吊点距离柱顶2m,不符合最小吊点力矩原则。起吊时,中跨最大弯矩的绝对值必然大于吊点处负弯矩的绝对值,所以裂纹发生在中跨最大正弯矩的截面处。
2.吊装时立柱的抗弯强度不够。
现在按最小提升弯矩计算,如果水平预制,柱的抗弯强度达不到要求。检查结果如下:
(1)计算荷载G取钢筋混凝土的重力密度为25000N/m,自重为0.4×0.6×25000 = 6000N/m;动荷载系数为1.3~1.5。如果取1.5,则计算荷载为Q = 1.5× 6000 = 9000 N/m .
(2)计算简图
根据吊装时弯曲最小的原则,吊点距离柱顶3.5m,吊装时柱脚不离地,柱只是悬空离地,类似于悬臂简支梁。
3.柱吊装时抗裂性不够。
根据施工验收规范,吊装时钢筋混凝土构件受拉区裂缝宽度不大于0.2~0.3mm,裂缝宽度与钢筋拉应力有关。钢筋拉应力越大,裂缝宽度越大。因此,柱吊装中常采用钢筋拉应力来控制裂缝宽度。只要钢筋拉应力满足下式要求,说明裂缝宽度在允许范围内,能满足抗裂要求。说明抗裂性达不到要求。
(三)从上述事故中吸取的教训,应吸取以下教训:
(1)由于柱的提升力与使用力不同,必须进行提升计算。
(2)当提升力与使用力不同时,吊点的选择应符合最小提升力矩原则,以免因提升力矩过大而损坏。例如,在这种情况下,根据最小吊点力矩原则,当吊点距离柱顶4.8m时,跨中正弯矩的绝对值等于吊点处负弯矩的绝对值,均为55.125XlO。但当原吊点距柱顶2m时,跨中最大弯矩为103.68x1o.n.mm,可见原吊点跨中弯矩比按最小吊点弯矩原则确定的大1.88倍。距离柱脚4.8m处的柱出现大裂缝,导致断裂,也证明该段的提升弯矩最大。
(3)当吊装力与使用力一致时,吊点的选择应尽可能满足使用力的要求,如简支梁的两个吊点应靠近梁的两端;悬臂梁的两个吊点应该在梁的两个支点上。
(4)吊装计算后抗弯强度和抗裂性不能满足时,先翻面吊装。例如,如果在该示例中使用车身起重机,则可以满足抗弯强度和抗裂性。如果过身起重机仍不满足,可增加吊点,由一点吊改为两点吊,以减少吊点力矩,或采取临时措施。
另外,为了便于定位和对中,保证吊装安全,构件绑扎时吊钩中心线应与构件重心对齐;水平构件两点吊装绑扎时,应分别使用两根吊绳;而等效截面构件,还要求两个吊点左右对称,两个吊绳长度相同;吊绳的水平夹角应大于或等于60°。不应该少于45。;严禁带斜吊和吊物行驶。
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