建筑施工裂縫分析

　　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(duì)質(zhì)量問題的分析力求全面、準(zhǔn)確、客觀；對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)沉降量和相對(duì)不均勻沉降量都可能比較大。如果房屋設(shè)計(jì)的長(zhǎng)高比較大，整體剛度差，而對(duì)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(duì)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(zhǎng)高比有密切關(guān)系，長(zhǎng)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(zhǎng)高比大于橫墻的長(zhǎng)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，裂縫寬度下大上小;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(jiǎn)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)溫度應(yīng)力引起墻體裂縫分析
　　
　　一般材料均有熱脹冷縮性質(zhì)，房屋結(jié)構(gòu)由于周圍溫度變化引起熱脹冷縮變形，稱為溫度變形。如果結(jié)構(gòu)不受任何約束，在溫度變化時(shí)能自由變形，那么結(jié)構(gòu)中就不會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。如果結(jié)構(gòu)受到約束而不能自由變形時(shí)，則將在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力或稱溫度應(yīng)力。由溫度應(yīng)力引起結(jié)構(gòu)的伸縮值。 
　　
　　由于鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)a=1.08X10/C，而普通磚砌體的線膨脹系數(shù)為0.5XlO/C，在相同溫差下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)值要比磚砌體大一倍左右。所以，在混合結(jié)構(gòu)中，當(dāng)溫度變化時(shí)，鋼筋混凝土屋蓋、樓蓋、圈梁等與磚墻伸縮不一，必然彼此相牽制而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使房屋結(jié)構(gòu)開裂破壞。
　　
　　溫度應(yīng)力引起墻體裂縫一般有以下幾種情況:
　　
　　1.八字形裂縫
　　
　　當(dāng)外界溫度上升時(shí)，外墻本身沿長(zhǎng)度方向?qū)⒂兴扉L(zhǎng)，但屋蓋部分(特別是直接暴露在大氣中的鋼筋混凝土屋蓋)的伸長(zhǎng)值大得多。從屋蓋與墻體連接處切開來看，屋蓋伸長(zhǎng)對(duì)墻體產(chǎn)生附加水平推力，使墻體受到屋蓋的推力而產(chǎn)生剪應(yīng)力，剪應(yīng)力和拉應(yīng)力又引起主拉應(yīng)力，當(dāng)主拉應(yīng)力過大時(shí)，將在墻體上產(chǎn)生八字形裂縫。由于剪應(yīng)力的分布大體是中間為零，兩端最大，因此八字形裂縫多發(fā)生在墻體兩端，一般占二、三個(gè)開間，且發(fā)生在頂層墻面上。
　　
　　2.水平裂縫和包角裂縫
　　
　　平屋頂房屋，有時(shí)在屋面板底部附近或頂層圈梁附近，出現(xiàn)沿外墻頂部的縱向水平裂縫和包角裂縫，這是由于屋面伸長(zhǎng)或縮短引起的向外或向內(nèi)推拉力而產(chǎn)生的，包角裂縫實(shí)際上是水平裂縫的一種形式，是外橫墻和縱墻的水平裂縫連接起來形成的，在這種情況下，下面一般不會(huì)再出現(xiàn)八字形裂縫。有時(shí)，外縱墻的水平裂縫也會(huì)出現(xiàn)在頂層的窗臺(tái)水平處。
　　
　　3.根部和豎向裂縫
　　
　　女兒墻根部由于受到屋面伸長(zhǎng)或縮短引起的向外或向內(nèi)的推、拉力，使女兒墻根部的砌體外西域女兒墻外傾現(xiàn)象，形成水平裂縫。有時(shí)，由于鋼筋混凝土屋面的收縮，也可能使女兒墻處于偏心受壓狀態(tài)，從而造成女兒墻上部沿豎向開裂。
　　
　　此外，在樓梯間兩側(cè)或有錯(cuò)層處的墻體將易產(chǎn)生局部的豎向裂縫，這是由于樓面收縮產(chǎn)生較大的拉力所致。
　　
　　影響房屋伸縮出現(xiàn)裂縫的原因很多而且復(fù)雜，以上所述的僅是一些常見的情況。為了減少溫度應(yīng)力的影響，可采取合理地設(shè)伸縮縫；避兔樓面錯(cuò)層和伸縮縫錯(cuò)位；加強(qiáng)屋面保溫、隔熱；用油氈夾滑石粉或鐵皮將屋面板和墻體隔離，并在女兒墻根部留一定空隙，使其能自由伸縮且有伸縮余地；采用蓄水屋面域種植屋面；女兒墻設(shè)構(gòu)造柱；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，提高其抗拉強(qiáng)度等技術(shù)措施。

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　　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(zhǎng)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
　　
　　(一)事故概況
　　
　　某工程項(xiàng)目C列柱為等截面柱，長(zhǎng)l2m；斷面為40Omm*6OOmm；采用對(duì)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。現(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(duì)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(duì)值相等。據(jù)此求得吊點(diǎn)位置距柱頂為0.93L(L為柱長(zhǎng))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(duì)值大于吊點(diǎn)處負(fù)彎矩的絕對(duì)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0.4X0.6X25000=6000N/m;動(dòng)載系數(shù)為1.3~1.5，取1.5，則計(jì)算荷載q=1.5X6000=9000N/m。
　　
　　(2)計(jì)算簡(jiǎn)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(jiǎn)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。
　　
　　(三)經(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3.5時(shí)，其跨中的正彎矩與吊點(diǎn)處的負(fù)彎矩的絕對(duì)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103.68X10.m，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(jiǎn)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(duì)中，確保吊裝安全，構(gòu)件綁扎時(shí)務(wù)使吊鉤中心線對(duì)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(duì)等截面構(gòu)件，還要求兩吊點(diǎn)左右對(duì)稱，兩根吊繩長(zhǎng)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。