一、砌體結(jié)構(gòu)事故產(chǎn)生的主要原因

1、砌體受力特點(diǎn)及失效形式

(1)       主要受力特點(diǎn)

砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件由塊材和砂漿砌筑而成,包括墻、柱、過(guò)梁、擋土墻、煙囪、池壁、拱等構(gòu)件。砌體構(gòu)件中的塊材包括磚、砌體、石材三大類,其中磚通常采用燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚、蒸壓灰土砂磚和蒸壓粉煤灰磚等,砂漿包括水泥砂漿、混合砂漿、石灰砂漿等,老建筑物中有的還采用粘土砂漿。

砌體結(jié)構(gòu)具有以下主要特點(diǎn):

1) 砌體構(gòu)件主要用作墻、柱等受壓構(gòu)件,剛度一般較大,但其強(qiáng)度較低,特別是抗剪、抗彎和抗拉強(qiáng)度。

2)砌體房屋的自重較大,地基易發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象,而房屋基礎(chǔ)通常采用墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ),對(duì)地基不均勻沉降的調(diào)節(jié)有限,墻體常常因地基的不均勻沉降而開(kāi)裂。

3)砌體結(jié)構(gòu)通常采用鋼筋混凝土樓、屋蓋,由于砌體材料和混凝土材料的熱脹系數(shù)存在顯著差別,砌體結(jié)構(gòu)中墻體也常常因較大的溫度作用而開(kāi)裂。

4)砌體結(jié)構(gòu)中磚和砂漿均為多孔材料,易受潮,在自然和使用環(huán)境中不利因數(shù)的長(zhǎng)期作用下,易出現(xiàn)風(fēng)化、凍融、腐蝕等耐久性損傷。

5)  砌體結(jié)構(gòu)需人工砌筑,工作量大,勞動(dòng)強(qiáng)度高,施工質(zhì)量的變異性較大,而砌體的 受力性能對(duì)施工質(zhì)量又較為敏感,因此砌體構(gòu)件的性能常常因質(zhì)量缺陷而降低。

(2)       失效形式

       砌體構(gòu)件主要用于承壓,部分構(gòu)件也會(huì)用于承受剪力、彎矩或拉力。對(duì)于承載能力極限狀態(tài),砌體構(gòu)件的失效形式包括:

1)    軸心和偏心受壓破壞。此為墻、柱等受壓構(gòu)件的主要破壞形式。

2)    局部受壓破壞。主要出現(xiàn)于承受豎向集中的受壓構(gòu)件的破壞中,如支承鋼筋混凝土梁的墻和柱。

3)    軸心受拉破壞。出現(xiàn)于圓形水池池壁等受拉構(gòu)件破壞中。

4)    彎曲受拉破壞。出現(xiàn)于擋土墻等受彎構(gòu)件的破壞中。

5)    受剪破壞。主要出現(xiàn)于受彎構(gòu)件的破壞中以及磚拱支座的破壞中。

6)    傾覆破壞。主要出現(xiàn)于挑梁的破壞中。

除了喪失承載力,砌體構(gòu)件還可能因破損、開(kāi)裂、傾斜、振動(dòng)等因素而影響建筑物正常使用,這些屬于結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)方面的失效形式。

2、砌體結(jié)構(gòu)由于承載力不足而產(chǎn)生事故的主要原因

(1)計(jì)算錯(cuò)誤

主要表現(xiàn)在采用的截面偏小,使用的磚和砂漿強(qiáng)度等級(jí)偏低,鋼筋混凝土大梁支座處未設(shè)置梁墊,把大梁架在門窗洞上而沒(méi)有設(shè)置托梁,以及砌體的高厚比等構(gòu)造不符合規(guī)范規(guī)定等。這些問(wèn)題的發(fā)生,一部分是由于設(shè)計(jì)和制圖人員工作疏忽,如對(duì)建筑物的使用目的了解不透,采用的計(jì)算荷載偏小,或計(jì)算發(fā)生差錯(cuò),或制圖、描圖時(shí)注錯(cuò)了尺寸、強(qiáng)度等級(jí)等而未被發(fā)現(xiàn)。但大量的問(wèn)題是由于不按基本建設(shè)程序辦事,不經(jīng)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì),隨便找不懂技術(shù)的人胡亂“設(shè)計(jì)”而造成的。浙江省紹興縣某鄉(xiāng)于1980年蓋了一座2層的辦公樓,共517平方米,沒(méi)有請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì),由一位油工畫(huà)了一幅草圖便施工,剛施工到2層時(shí),磚柱被壓壞,整個(gè)房屋倒塌。后經(jīng)驗(yàn)算,全部使用荷載加上去之后,磚柱安全系數(shù)只有0.29。磚柱、承重磚墻的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不足,設(shè)計(jì)失誤,再加上施工質(zhì)量不好,造成事故最多,也最嚴(yán)重。有的由于設(shè)計(jì)中漏算荷載,組合沒(méi)有考慮最不利情況等設(shè)計(jì)錯(cuò)誤,致使截面承載力嚴(yán)重不足。

另一種情況是不經(jīng)科學(xué)計(jì)算,根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)行政命令或某些人的主觀想象,對(duì)已峻工或正在施工的工程隨便增層,加大了下部結(jié)構(gòu)的荷載,造成下部結(jié)構(gòu)承載能力不夠。四川省重慶市某商業(yè)單位修建了一棟面積為1000平方米的門市部,原為慶市某商業(yè)單位修建了一棟面積為層,未經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算便決定增加一層,加層后全部倒塌。在其他省市也有不少隨便增層造成房屋倒塌的教訓(xùn)。

例:浙江省鎮(zhèn)?h灣塘鄉(xiāng)文化中心樓倒塌事故

    1985年4月5日5時(shí)左右,尚未完工的灣塘鄉(xiāng)文化中心樓突然例塌,末造成人員傷亡,但直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.5萬(wàn)元。

該文化中心樓為三層磚混結(jié)構(gòu),荷載梁傳至獨(dú)立的磚柱上,使得磚柱成為該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵的構(gòu)件。在設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員錯(cuò)把磚的強(qiáng)度等級(jí)Mu7.5當(dāng)成砌體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,致使柱的承載力明顯不足,計(jì)算數(shù)據(jù)表明:倒塌時(shí)柱實(shí)際荷載為344.3kN,而磚柱的承戴能力為160.9kN,兩者相差太多。

另一方面,在倒塌前磚柱己出現(xiàn)了縱向裂縫,至3月中旬,裂縫長(zhǎng)達(dá)50cm,而現(xiàn)場(chǎng)施工人員用12水泥砂漿對(duì)磚柱進(jìn)行了抹灰“補(bǔ)強(qiáng)”,將其余立面留給設(shè)計(jì)人員檢查。設(shè)計(jì)人員看后認(rèn)為可以繼續(xù)施工,在荷重進(jìn)一步增加的情況下,底層正立而磚柱爆裂,樓房間西側(cè)一塌到底。

(2)施工質(zhì)量差。

砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與砌筑質(zhì)量的關(guān)系很密切。施工管理不嚴(yán),質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)是造成磚石結(jié)構(gòu)出事故的主要原因。例如:施工過(guò)程中雇傭非技術(shù)工人砌磚,砌筑過(guò)程不按規(guī)程要求,造成上下通縫,磚柱采用包心砌法,砂漿強(qiáng)度過(guò)低,有的在墻上任意開(kāi)洞,過(guò)多地削弱了斷面等。

1)砌筑砂漿質(zhì)量。砂漿強(qiáng)度偏低。砂漿強(qiáng)度直接影響砌體的強(qiáng)度。如砂漿強(qiáng)度偏低,必然要降低砌體的強(qiáng)度。造成砂漿強(qiáng)度偏低的主要原因是:①使用了不合格的水泥,如水泥存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng),降低了活性,或受潮、有結(jié)塊,或是地方水泥廠生產(chǎn)的水泥,強(qiáng)度不穩(wěn)定等;②施工配比不準(zhǔn)確,少放水泥,多放了砂子和摻合料;③常溫施工不潤(rùn)磚,砌筑時(shí)砂漿中的水分很快被磚吸干,造成水泥脫水,不能充分水化;④使用了不合要求的摻合料,如粘土混合砂漿用的粘土細(xì)度不合格,含有有害成分等。

2)灰縫砂漿飽滿度不夠。磚砌體是用砂漿將零星的磚塊粘結(jié)在一起的,其強(qiáng)度不僅取決于磚和砂漿的實(shí)際強(qiáng)度等級(jí),而且也和灰縫砂漿飽滿度有關(guān)。由于砌磚為手工操作,在砌體中,磚塊之間的砂漿不可能鋪得非常均勻、飽滿、密實(shí),砂漿和磚表面不可能很均勻地接觸和粘結(jié),存在一些空隙和孔洞,因此在砌體受壓時(shí),砌體中的磚塊不是單純地均勻受壓,而是處于受壓、受彎、受剪等復(fù)雜的受力狀態(tài)之下。在使用同一種強(qiáng)度的磚和砂漿的情況下,砌體的實(shí)際強(qiáng)度隨砂漿飽滿度的變化而變化,灰縫砂漿飽滿度高的,砌體中空隙、孔洞就少,砌體的強(qiáng)度就高一些,反之,砂漿飽滿度低的,砌體強(qiáng)度也低一些,大約在20%范圍內(nèi)變化。為了保證磚砌體的抗壓強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值,水平灰縫的砂漿飽滿度必須達(dá)到73.2%以上。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)從有利于保證工程質(zhì)量出發(fā),并考慮到實(shí)際施工的可能性,規(guī)定磚砌體的水平灰縫的砂漿飽滿度不得低于豎縫砂漿的設(shè)計(jì)要求,從而降低了砌體的承載能力。造成砌體灰縫砂漿飽滿度偏低的主要原因是:

①磚的形狀不合乎要求,如有的磚尺寸偏大,使灰縫厚度偏小,砌磚時(shí),遇到砂漿里有較粗顆粒時(shí),磚塊不容易把灰縫擠實(shí)。有的磚撓曲變形,使灰縫厚薄不均,也不容易擠實(shí)。

②砂漿和易性不好。如砂漿拌得太干,或骨料太粗,或沒(méi)有摻入塑化料等,使砂漿和易性不好。

③施工時(shí)不潤(rùn)磚,砌筑時(shí)磚塊很快把砂漿中的水分吸走,使砂漿失去和易而擠不實(shí)。

④操作方法不當(dāng)。有的地區(qū)習(xí)慣瓦刀砌法,這種操作性,因而也不能做到飽滿、密實(shí)。

3)組砌方法不當(dāng)。

組砌方法不當(dāng)包括出現(xiàn)立縫和兩層皮觀象,磚柱采用包心砌法等。一般宜采用滿順滿丁和梅花丁的砌法,內(nèi)外兩皮磚層最多隔五層就應(yīng)有一日丁磚拉結(jié)(五順一丁),水池宜川三順一丁的組砌筑方法,磚柱不得采用包心組砌方法。

 

正確的沏筑方法和包心組砌池見(jiàn)圖:
               圖1  磚柱包心砌法                       圖2   七分磚在柱中情況

4)接搓。

磚砌體的接搓應(yīng)采用退搓砌法,當(dāng)退搓確有困難時(shí),應(yīng)當(dāng)留引出墻面120 mm的直搓,并按規(guī)定設(shè)拉條。

5)磚的質(zhì)量不合格。

磚砌體的強(qiáng)度是與磚和砂漿的強(qiáng)度成正比的。因此,如果在施工中使用了強(qiáng)度等級(jí)低于設(shè)計(jì)要求的磚,必定要降低砌體的強(qiáng)度,從而影響其承載能力。除了磚的強(qiáng)度等級(jí)對(duì)砌體的承載能力有影響外。磚的形狀、焙燒情況、制磚粘土成分等,

對(duì)砌體強(qiáng)度也有影響。需要特別指出的是,我國(guó)某些產(chǎn)石灰石地區(qū)的粘土中含有大量石灰石小卵石,有的磚廠在生產(chǎn)過(guò)程中篩選不嚴(yán),把這些石灰石小卵石裹在磚坯里,焙燒后,石灰石變成生石灰,藏在磚的內(nèi)部,嚴(yán)重影響磚的質(zhì)量。這種磚,如不見(jiàn)水,強(qiáng)度還是很高的,但一潤(rùn)水,便“爆炸”(生石灰吸水熟化膨脹,把磚脹成酥松體)。工人把這種磚叫做“爆炸磚”。如果把它用在砌體上,必然大大地降低砌體的承載能力。

6)隨意打洞或留洞位置不適當(dāng)。

為了安裝水、暖、電管線,在已經(jīng)砌好的磚墻、磚柱上隨意開(kāi)槽打洞。有的開(kāi)橫槽,把240mm寬的墻鑿去120mm。有的在柱子上打洞,把柱子截面鑿去了一半。還有的在不允許 留洞的地方,如獨(dú)立磚柱、寬度小于1m的窗間墻、磚過(guò)梁上與過(guò)梁成60度角的三角形范圍內(nèi)、梁或梁墊下及其左右各500mm的范圍內(nèi),以及門窗兩側(cè)180mm和轉(zhuǎn)角處430mm的范圍內(nèi)留腳手眼。這些作法,都嚴(yán)重地破壞了砌體結(jié)構(gòu),使其承載能力大大降低。

    (3)未注意空曠房屋承載力降低因素。

        一些跨度較大,層高較高的而隔墻間距又較大的空曠磚砌房屋,如會(huì)議室、禮堂、食堂、農(nóng)村企業(yè)車間等,因其磚垛承載力是隨高度的增加而減少的,若下降幅度過(guò)大會(huì)使承載力不足。

        例:陜西延長(zhǎng)油礦綜合樓倒塌事故

        陜西省延長(zhǎng)油礦綜合樓主體工程完工后,于1984年8月9日下午5葉25分,該樓的飯廳、會(huì)議廳突然倒塌,壓死工人11人,重傷3人,輕傷23入,直接經(jīng)濟(jì)損失10余萬(wàn)元。倒塌部分包括餐廳、會(huì)議廳、備餐廳和樓梯間,倒塌建筑面積732.6平方米。

         該飯廳(底層)和會(huì)議廳(二層)為磚混結(jié)構(gòu),長(zhǎng)28.1m,跨度12m,層高48m,開(kāi)問(wèn)3m,內(nèi)無(wú)橫墻,縱墻承重,墻厚370m,墻帶490×120mm2的壁栓,窗間墻寬1.2m。屋蓋和樓蓋均為12m。“十”字形梁。校核工程舊圖紙,在原圖基礎(chǔ)上將砌筑砂漿標(biāo)號(hào)由50號(hào)改為25號(hào)。

         例塌服因:砌筑沙漿標(biāo)號(hào)降低后,一層梁底墻體局部承壓的安全系數(shù)k=1.7,一層墻體幾個(gè)主要截面的強(qiáng)度安全系數(shù)均在2.1左右,均小于規(guī)范的規(guī)定。

    (4)梁墊設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)。

        支承大梁的磚柱、窗間墻等,由于承受較大的集中荷載,往往需要設(shè)置梁墊,但有的工程設(shè)計(jì)未考慮設(shè)置梁墊,有的未經(jīng)計(jì)算而按經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的梁墊過(guò)小,有的設(shè)計(jì)雖有梁墊,但施工時(shí)未按設(shè)計(jì)要求去做,或者做法不對(duì),這樣使磚柱、磚墻頂面處因局部承壓能力不夠而被壓碎,從而導(dǎo)致大梁跌落、引起重大事故。

        砌體在梁端下部的區(qū)地處于局部承壓的受力狀態(tài)。在梁端處砌體受力的面積較小,單價(jià)面積上壓應(yīng)力較高,砌體在這種受力狀態(tài)下,其局壓強(qiáng)度明顯大于均勻受壓時(shí)的強(qiáng)度。目前解釋局壓強(qiáng)度提高的理論有“套箍”理論和“楔劈”理論。實(shí)際上,在局部荷裁作用下未受荷部分可以對(duì)受荷部分起到約束作用,也就是限制局部受荷部分的側(cè)向變形,另一方面,局部受荷部份的側(cè)向變形受到上部構(gòu)件底面摩擦力的約束,兩者共同作用,構(gòu)成材料局壓強(qiáng)度的提高。

        工程中磚砌體因局壓強(qiáng)度不足而出現(xiàn)破壞的實(shí)例是比較多的。防止砌體出現(xiàn)局壓破壞的方法除了增設(shè)混凝土梁墊外,還可以在砌體局部增加金屬網(wǎng)片,提高砌體的抗壓強(qiáng)度。

    (5)未注意高厚比的驗(yàn)算,導(dǎo)致坡體失穩(wěn)。

       有的墻體只進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算而未進(jìn)行高厚比驗(yàn)算。有的雖然設(shè)計(jì)中驗(yàn)算了高厚比,但在施工中墻體失穩(wěn)倒塌的例子較多。這是由于在施工過(guò)程中,房屋的結(jié)構(gòu)尚未形成整體,有些墻體,磚柱處于懸臂或單獨(dú)受力狀態(tài),如在施工中又未采取防風(fēng)、防傾斜的臨時(shí)措施,就會(huì)造成失穩(wěn)倒塌。

例:湖南大庸黃家鋪鄉(xiāng)中心小學(xué)教室倒塌事故

        該教室為單層磚木結(jié)構(gòu),3m開(kāi)間,木屋架跨度6m,建筑面積338.68m2:,包括5間教室,3問(wèn)宿舍。該工程1985年8月開(kāi)工,9月交付使用。I 986年3月13日下午2時(shí)左右,時(shí)值天降中雨,刮三級(jí)風(fēng),該建筑東頭第一間教室突然倒塌,使正在上課的31人受傷,其中重傷3人。

該工程的框架直接擱置在24cm全斗墻上,下無(wú)暇磚也無(wú)其它構(gòu)造措施,屋架下墻體承載能力不足是構(gòu)成其例塌的原因之一;砌體砂漿強(qiáng)度低,墻的高厚比過(guò)大,墻的穩(wěn)定性不夠,也是構(gòu)成倒塌的重要原因。

以上所列施工錯(cuò)誤是一般建筑施工單位易出現(xiàn)的問(wèn)題,至于某些施工技術(shù)較差的施工隊(duì)伍,施工中出現(xiàn)的錯(cuò)誤更要嚴(yán)重。如湖南省衡南縣某社辦工廠1979年修建的一座4120平方米的混合結(jié)構(gòu)建筑,2層樓,木屋頂掛瓦。是由一位不懂建筑技術(shù)的人設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤百出,很不安全,而施工中更是極不嚴(yán)肅,隨意修改設(shè)計(jì),將原設(shè)計(jì)應(yīng)為M5混合砂漿改為M0.4的砂漿,對(duì)490mm×490mm磚柱采用包心砌法,用大量半磚頭填心(磚柱采用包心砌法是非常危險(xiǎn)的,各地發(fā)生過(guò)的一些磚柱倒塌事故,都與包心砌法有關(guān))。240mm厚磚墻采用五順一丁、七順一丁,最多達(dá)十九順一丁砌筑,形成兩堵120mm厚的墻。施工中不潤(rùn)磚,灰縫砂漿不飽滿,粘結(jié)不牢,這樣一個(gè)“先天不足、后天失調(diào)”,“遍體鱗傷”的建筑,有關(guān)行政領(lǐng)導(dǎo)又主觀決定再加層,將木屋頂改為鋼筋混凝;土平屋頂,結(jié)果該工程在建成后倒塌,造成多人傷亡的嚴(yán)重事故。

 3、砌體結(jié)構(gòu)由于變形而產(chǎn)生事故的原因

   (1)沿墻面的變形。沿墻面水平方向的變形叫傾斜。沿墻面垂直方向的變形叫彎曲。

      1)由于施工不良造成的傾斜

      ①灰縫厚薄不均勻。

②砌筑砂漿的質(zhì)量不符合規(guī)定。例如:砂漿的流動(dòng)太大,受壓后砂漿被擠出。

③磚的砌法不符合規(guī)定,以致磚的互相咬合不好而發(fā)生傾斜,此時(shí)墻面伴有豎向裂逢。

      2)由于地基不均勻沉降造成的傾斜

①地質(zhì)均勻,荷載(主要是恒載與活載地質(zhì)均勻,)不均勻所造成的傾斜。

②荷載均勻,所示荷載均勻,地質(zhì)不均勻所造成的傾斜。

      3)由于橫墻側(cè)向剛度不足造成的傾斜

橫墻由于高度大于寬度或開(kāi)洞太多而側(cè)向剛度不足,在水平荷載作用下的側(cè)移超過(guò)規(guī)范規(guī)定的允許值,加上磚砌體是彈塑性變形材料,其側(cè)移中有相當(dāng)一部分是塑性變形,即外荷載取消后,側(cè)移并不完全消失,而留有約30%的殘余側(cè)移。

      4)沿墻平面的彎曲

由于施工不良造成的彎曲原因同前,由于基礎(chǔ)不均勻沉降造成的彎曲原因如下:

①如果荷載不均勻或地質(zhì)不均勻,均有可能導(dǎo)致房屋的彎曲,包括向上或向下的彎曲。

②即使荷載與地質(zhì)均為均勻,但是如果地基是高壓縮性的,也會(huì)產(chǎn)生使房屋向下彎

曲的沉降。這是由于基底應(yīng)力的擴(kuò)散,導(dǎo)致房屋縱向中點(diǎn)下地基的實(shí)際應(yīng)力為最大而愈向兩端愈小;字悬c(diǎn)下地基受到比附近更大的壓應(yīng)力,因而中點(diǎn)的沉降也必然比附近為大,造成基礎(chǔ)呈圓弧形的向下彎曲,也帶來(lái)上層建筑相同的彎曲變形。

   (2)出墻面的變形。垂直于墻面的變形叫“出墻面變形”,變形后,原來(lái)的豎向平面,變成曲面或斜平面。例如彎曲、傾斜等。

1)由于施工不良所造成的變形

① 操作技術(shù)不良,墻體兩側(cè)的灰縫厚度不均勻,造成彎曲或傾斜。當(dāng)砌到一定高度后再發(fā)現(xiàn),強(qiáng)行校正,此時(shí)灰縫實(shí)際厚薄仍然不均勻在受到較大壓力時(shí),仍然恢復(fù)到原來(lái)的彎所示。曲或傾斜狀。

② 凍結(jié)法施工未遵守規(guī)定,因而在解凍時(shí),受陽(yáng)光照射的一面先解凍,在一定的豎向壓力下,向陽(yáng)面的灰縫壓縮較大。承重墻表現(xiàn)為層間彎曲。愈向下則彎曲度愈大。非承重墻由于凍結(jié)法施工未能設(shè)置鋼筋混凝土圈梁,水平方向剛度極差,僅靠聯(lián)系墻牽制,在向陽(yáng)傾斜時(shí),為平面彎曲。當(dāng)傾斜嚴(yán)重時(shí),非承重墻與連系墻的連接破壞,以致整個(gè)墻體倒塌。

③ 端橫墻與縱墻連接處的砌筑咬合不好,在橫墻受到樓蓋的偏心荷載時(shí),墻面呈外凸的趨勢(shì)。此時(shí)連接處將會(huì)發(fā)生斷裂,端橫墻就會(huì)發(fā)生向外凸的變形。

      2)由于墻身剛度不足所引起的變形

高厚比過(guò)大,超過(guò)規(guī)范規(guī)定的允許值,即由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

①非承重墻:向水平面投視時(shí)可見(jiàn)其向外彎曲,向豎直面投視時(shí)可見(jiàn)其向外傾斜。

②承重墻特別是端部承重墻,水平投視可見(jiàn)其向外彎曲,豎直 面投視也可見(jiàn)其向外彎曲。

③ 當(dāng)縱墻缺少與樓蓋的水平拉結(jié)時(shí),在風(fēng)力作用下會(huì)產(chǎn)生向外的傾斜。

      3)框架填充墻與排架圍護(hù)墻的出墻面變形

① 框架填充墻

此墻的穩(wěn)定性依靠?jī)蓚?cè)柱的拉結(jié)筋與上下頂聯(lián)接,要求預(yù)埋在柱內(nèi)的插筋位置必須在灰縫處。此外在砌到梁底時(shí)不允許與下面一樣平砌,而應(yīng)斜側(cè)砌與斜立砌,并使磚角上下頂緊。

②排架圍護(hù)墻

依靠從排架柱預(yù)埋錨固筋的伸出,與圍護(hù)墻加強(qiáng)聯(lián)系。同時(shí),承墻梁必須裝配成連續(xù)梁,其上下間距也不宜大于

      4)由于出墻面強(qiáng)度不足所引起的變形

變形特征同上,多發(fā)生在外墻與偏心受壓墻,無(wú)論側(cè)視或俯視,均可見(jiàn)出墻面的

曲,而且大多向外彎曲,多發(fā)生在偏心受壓的情況下。

      5)由于地基不均勻沉降引起出墻面變形

①由于墻體缺少水平向的拉結(jié),在受到風(fēng)吸力或樓蓋的擠壓后向外傾斜,造成基底

外側(cè)的應(yīng)力偏大,基礎(chǔ)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。

②墻基的一側(cè)有較大的長(zhǎng)期荷載,該側(cè)的地基壓縮變形比另一側(cè)大,基礎(chǔ)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),

造成墻體出平面的變形。

③在靠近墻基的一側(cè)挖土,或深度超過(guò)墻基使該側(cè)的地基遭到擾動(dòng);蛏疃认嗤捎“流砂”現(xiàn)象使該側(cè)的地基土粒流失,造成基礎(chǔ)傾斜并導(dǎo)致墻體傾斜。

④軟土地基:架空地板下的基礎(chǔ),由于地板離基礎(chǔ)較近,基礎(chǔ)直接受到偏心荷載的影響,而設(shè)計(jì)時(shí)未按偏心受壓基礎(chǔ)設(shè)計(jì),因而發(fā)生基礎(chǔ)向內(nèi)傾斜,墻體隨之發(fā)生向內(nèi)的出墻面彎曲。

 

二、加固方法
對(duì)在用的砌體房屋進(jìn)行可靠性鑒定,認(rèn)為其承載力或抗震構(gòu)造不滿足現(xiàn)行國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范要求,或進(jìn)行增層設(shè)計(jì)時(shí),常常需要對(duì)原砌體進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng),以滿足安全要求。承載力不滿足要求時(shí)的常用加固方法有:增大截面法、組合砌體加固法和外包鋼加固法三種?拐饦(gòu)造加固主要包括增設(shè)抗震墻、增設(shè)構(gòu)造柱和增設(shè)圈梁。下面簡(jiǎn)單介紹一下外包鋼加固法。
1、概述
外包鋼加固法是在磚柱四周包以型鋼(常用角鋼),橫向用綴板將四周的型鋼連成整體。外包鋼加固法可分為干式和濕式兩種。當(dāng)型鋼與原加固柱之間用乳膠水泥或環(huán)氧樹(shù)脂粘貼能確保結(jié)合面的剪力傳遞時(shí),稱為濕式外包鋼加固;當(dāng)型鋼與原柱間無(wú)任何連接,或雖填有水泥但不能傳遞結(jié)合面的剪力時(shí),稱為干式外包鋼。當(dāng)被加固柱截面尺寸受到嚴(yán)格限制,而又需要大幅度提高承載力時(shí),采用外包鋼加固尤為合適。此外,還有施工簡(jiǎn)便,現(xiàn)場(chǎng)工作量較小,受力較為可靠,不損壞原砌柱、邊加固邊使用的優(yōu)點(diǎn)。外包鋼加固的缺點(diǎn)有型鋼兩端的錨固要求較高,外觀不美觀,節(jié)點(diǎn)復(fù)雜,用鋼量較大,加固維修費(fèi)用高等。加固截面如圖所示。
                       外包鋼加固混凝土柱示意
2、加固后砌體的受力特性
加固后的砌體由兩部分組成:原砌體和新加部分,其中新加部分根據(jù)不同的加固方法分別為砌體、鋼筋混凝土(包括砂漿面層)和型鋼。與普通構(gòu)件不同,加固構(gòu)件屬二次受力構(gòu)件,即加固前和加固過(guò)程中由原砌體承受一部分荷載,加固后由新舊兩部分共同承擔(dān)增加的荷載。由于新加部分在加固后新增荷載下才開(kāi)始受力,因而其應(yīng)變滯后于原構(gòu)件。當(dāng)原構(gòu)件達(dá)到極限壓應(yīng)變時(shí)新加部分可能尚未達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)的應(yīng)變值。因而加固后砌體的承載力并不是新舊兩部分承載力的簡(jiǎn)單疊加。
以原構(gòu)件應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變作為加固構(gòu)件的極限狀態(tài)。確定極限狀態(tài)時(shí)新加部分的應(yīng)力(應(yīng)變)水平是確定加固構(gòu)件承載力的關(guān)鍵。
3、加固構(gòu)件計(jì)算方法
3.1 干式外包鋼構(gòu)件計(jì)算
干式外包鋼構(gòu)架的變形與原柱的變形并不協(xié)調(diào),因此設(shè)計(jì)加固柱時(shí),宜采用如下設(shè)計(jì)原則:首先,按外包鋼構(gòu)架和原柱的剛度分配各自應(yīng)承擔(dān)的外力,然后按混凝土規(guī)范元驗(yàn)算原柱的承載力,最后設(shè)計(jì)鋼構(gòu)架。鋼構(gòu)架的剛度可近似取
其中—價(jià)格型鋼彈性模量
    ---價(jià)格構(gòu)件一側(cè)外包型鋼截面面積
    —受拉與受壓側(cè)型鋼截面形心間的距離
若原鋼筋混凝土構(gòu)件已失去承載能力,則不考慮原構(gòu)件的作用,全部荷載由型鋼構(gòu)架承擔(dān),型鋼構(gòu)件按中心受壓或偏心受壓構(gòu)柱計(jì)算。
設(shè)柱子所受軸向力為,彎矩為,則按栓及鋼套柱各自承擔(dān)的內(nèi)力按剛度進(jìn)行分配。原柱所承受的軸向力和彎矩
      
外包鋼構(gòu)架承受的軸向力和彎矩
  
式中:--分別為原柱混凝土彈性模量、截面慣性矩
      --加固型鋼彈性模量
     --加固柱一側(cè)外包型鋼截面面積
     --受拉(或受壓較小的)與受壓側(cè)型鋼截面形心的距離
     --原混凝土剛度降低系數(shù),--1
對(duì)于軸心受壓承載力
(1)外包角鋼計(jì)算
        
式中:--軸心壓力設(shè)計(jì)值
      --加固型鋼彈性模量
      -鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
      --軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù),根據(jù)最大的換算長(zhǎng)細(xì)比查用。
角鋼套箍對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)采用換算長(zhǎng)細(xì)比,按下式計(jì)算:
             
            
 
 
 
 
 
 
式中:--一個(gè)角鋼對(duì)最小剛度軸的長(zhǎng)細(xì)比,其計(jì)算長(zhǎng)度取為相鄰兩綴板間的凈距離
                      、--角鋼套箍對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比
 (2)綴板計(jì)算
   剪力           
   彎矩          
 
式中:--綴板中心間的距離
      -角鋼軸線間的距離
      、--鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和鋼材的屈服強(qiáng)度(或屈服點(diǎn));
--計(jì)算剪力,
--分配到一個(gè)綴板面的剪力
同時(shí)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)構(gòu)造要求:。綴板寬度,厚度
對(duì)偏心受壓構(gòu)件
(1)肢桿承載力驗(yàn)算
               
式中:、--外包鋼構(gòu)架應(yīng)承擔(dān)的內(nèi)力
     --外包鋼截面的總面積及慣性矩
--塑性系數(shù),當(dāng)肢桿用角鋼時(shí),取
(2)單肢桿的穩(wěn)定計(jì)算
外包鋼柱一般不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)現(xiàn)象,通常只需驗(yàn)算單角肢的穩(wěn)定性。單肢桿所受的內(nèi)力為:
   軸力 :
   剪力 :
   彎矩 :
式中:--與偏心方向相反的肢桿軸線到外包鋼構(gòu)架形心軸之間的距離
      --在彎矩作用平面內(nèi)柱兩邊肢角軸線間的距離
      --綴板中心線間的距離
      --肢桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
      --鋼材的屈服強(qiáng)度
受壓肢桿的穩(wěn)定先可按下式進(jìn)行
式中:--在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定系數(shù)
      --單肢桿的截面積及截面抵抗矩
     --歐拉臨界力,可按下式計(jì)算:
3.2 濕式外包鋼加固
鋼筋混凝土梁、柱采用乳膠水泥漿或環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)灌漿濕式外包鋼加固時(shí),角鋼套箍對(duì)核心混凝土的約束產(chǎn)生套箍增強(qiáng)作用,核心混凝土的軸向壓力強(qiáng)度有一定提高,且核心混凝土對(duì)角鋼有一定側(cè)向擠壓作用,處于壓彎受力狀態(tài),使角鋼軸壓強(qiáng)度有所降低。
(1)       軸心受壓構(gòu)件承載力可按下式計(jì)算
式中:--外包鋼的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
      --外包鋼的總截面面積
      --縱向彎曲系數(shù)
      --角鋼軸壓承載力降低系數(shù),當(dāng)綴板間距時(shí),取
      --混凝土軸壓強(qiáng)度提高系數(shù),建議按下式計(jì)算:
                          
                       而 
其中、分別為柱截面的長(zhǎng)短邊長(zhǎng),為鋼箍間距,為(鋼箍)綴板截面面積。當(dāng)計(jì)算結(jié)果時(shí),取。
   截面剛度EI可近似按下式計(jì)算
                      
其中:---原有構(gòu)件混凝土彈性模量和截面慣性矩
(2)       大偏心受壓柱承載力計(jì)算(如圖1)
   外包鋼加固柱一般采用對(duì)稱式布置,其正截面承載力可按下式計(jì)算
                
                 
式中:--原柱的截面高度
      --原柱混凝土截面的受壓區(qū)高度
      --加固柱受壓一側(cè)的型鋼截面面積和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
      --受壓肢型鋼截面行心至原柱受壓邊緣的距離
      --加固柱受壓肢型鋼及受拉鋼筋合力點(diǎn)至原柱受壓邊緣的距離;計(jì)算中可近似取
      -型鋼強(qiáng)度降低系數(shù),一般為0.9
(3)       小偏心受壓柱承載力計(jì)算可按下式計(jì)算(如下圖2)
                     
                 
式中:、--分別為受拉鋼筋或受壓較小邊的鋼筋和型鋼的應(yīng)力,可近似取相同值;
               
      --受壓區(qū)高度系數(shù),
      --極限相對(duì)受壓區(qū)高度系數(shù)。I級(jí)鋼為0.614,II級(jí)鋼為0.544
         
             圖1                                  圖2

 

 

(4)加固梁正截面受彎承載力計(jì)算
《加固技術(shù)規(guī)范》第5.1.2條規(guī)定,鋼筋混凝土梁、柱采用濕式外包鋼加固時(shí),其正截面受壓、受彎承載力可按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算,除抗震設(shè)計(jì)外,其外包鋼應(yīng)乘以強(qiáng)度降低系數(shù)0.9。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示。
             
     當(dāng)梁的受壓、受拉兩側(cè)都采用了外包角鋼加固,其正截面計(jì)算方法同雙筋梁。正截面承載力計(jì)算公式如下:
         
         
式中:、--加固梁受拉一側(cè)的型鋼截面面積和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
      --加固梁受壓一側(cè)的型鋼截面面積和抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
      --加固梁受拉一側(cè)的型鋼截面形心到受壓混凝土邊緣的距離,,為原梁的截面高度,為角鋼厚度;
      --加固梁受拉型鋼及受拉鋼筋合力點(diǎn)至原梁受壓邊緣的距離;計(jì)算中可近似取為受拉鋼筋合力點(diǎn)至原梁受拉邊緣的距離,或取
      --加固型鋼的截面形心距
      --外包型鋼強(qiáng)度降低系數(shù),一般取0.9.
如果計(jì)算中,則取,改由下式計(jì)算:
      
當(dāng)梁僅受拉一側(cè)都采用了外角鋼加固時(shí),其正截面計(jì)算公式為:
      
      
(5)加固梁斜截面受剪承載力計(jì)算
 《加固技術(shù)規(guī)范》第5。1.3條規(guī)定,鋼筋混凝土梁、柱采用濕式外包鋼加固時(shí),其斜截面受剪承載力可按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算,其外包扁鋼箍應(yīng)乘以強(qiáng)度降低系數(shù)0.7.
   對(duì)矩形,T形和工字形截面的一般受彎構(gòu)件,加固后的斜截面承載力計(jì)算公式為:
           
式中:--扁鋼箍抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
      --扁鋼箍單肢截面面積
     -扁鋼箍間距
      --原梁的截面有效高度,也可用代替帶入公式中計(jì)算。
4、施工要點(diǎn)
4.1 構(gòu)件表面處理
濕式外包鋼構(gòu)件,應(yīng)鑿去結(jié)合面風(fēng)化酥松層、碳化銹裂層及嚴(yán)重的油污層,直至完全漏出堅(jiān)實(shí)基層(干式外包鋼可取此道程序)。在此基礎(chǔ)上將結(jié)合面打磨平整,四角磨出小圓角,并用鋼絲刷刷毛,用壓縮空氣吹凈。角鋼及箍板結(jié)合面應(yīng)除銹,并打磨出光澤,然后用丙酮、二甲苯等洗滌劑擦凈。
   4.2 環(huán)氧樹(shù)脂灌漿工藝
(1)用卡具將角鋼及扁鋼箍卡貼于構(gòu)件預(yù)定結(jié)合面,經(jīng)校準(zhǔn)后彼此焊接(平焊)固定。
(2)用環(huán)氧膠泥將型鋼架全部構(gòu)件邊緣縫隙嵌補(bǔ)嚴(yán)密,在利于灌漿的適當(dāng)位置鉆孔,粘貼灌漿嘴(一般在較低處),并留出排氣孔,間距為2—3m。待膠泥完全固結(jié)后,通氣試壓。
(3)以壓力將環(huán)氧樹(shù)脂漿從灌漿嘴壓入,當(dāng)排氣孔出現(xiàn)漿液后停止加壓,以環(huán)氧膠泥封堵排氣孔,再以較低壓維持10分分鐘以上,以環(huán)氧膠泥封堵。以此,由下至上,由左至右,依次進(jìn)行灌注,直至全部灌完為止。注意,灌漿后不應(yīng)再對(duì)鋼架進(jìn)行錘擊、移動(dòng)和焊接。
4.3 乳膠水泥粘貼工藝
(1)配制乳膠水泥漿,乳膠(聚醋酸乳液)含量為水泥重量的5%--10%,水泥一般采用425號(hào)硅酸鹽水泥,加水適量,拌合成稠膏狀體。
(2)將乳膠水泥漿刮抹于構(gòu)件及角鋼的預(yù)定貼合面上,厚約3—5mm,立即將角鋼粘上,并用卡具在兩個(gè)方向?qū)⒔卿摽ňo,校準(zhǔn),卡具間距不宜大于500mm。
(3)將扁鋼箍或鋼筋箍與角鋼焊接(打焊)固定。分段施焊,整個(gè)焊接在膠漿初凝前完成。
4.4干式外包鋼加固
(1)用卡具從兩個(gè)方向?qū)⒔卿摽ㄙN與構(gòu)件預(yù)定部位,并校核。
(2)將扁鋼箍或鋼筋箍與角鋼焊接(搭焊)固定。
(3)鋼架桿件與構(gòu)件之間的縫隙用1:2水泥砂干捻塞緊、填實(shí)。鋼架表面應(yīng)進(jìn)行防腐處理,最簡(jiǎn)單有效的方法是用1:3水泥砂漿,抹25mm后保護(hù)層。