工程鑒定中結(jié)構(gòu)受力分析

1、工程鑒定中的結(jié)構(gòu)受力分析談到結(jié)構(gòu)受力時，或在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，常常注重結(jié)構(gòu)受力 的M、N、Q，其他一些力：如地基凍脹力、溫度應(yīng)力、樁 基的負(fù)摩阻力、土體的自重應(yīng)力、結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形及水的浮力 等作用，或者被忽視、或者分析不準(zhǔn)確，從而造成房屋結(jié)構(gòu) 出現(xiàn)裂縫、構(gòu)件破壞以及房屋傾斜等。1， 地基凍脹力1.1 工程實例1黑龍江某農(nóng)場一層磚木結(jié)構(gòu)房屋， 毛石條形基礎(chǔ)，使用 過程中，冬季發(fā)現(xiàn)部分房屋外重墻體向外傾斜， 對房屋外 墻傾斜原因進(jìn)行鑒定。以下照片摘自地基與基礎(chǔ)：嫌前甚底 壓力分布W沫脈時基底壓力分布弋融陷時基底7壓力分布從照片中基礎(chǔ)的受力圖可知， 冬季地基土體受凍， 條形基礎(chǔ)外側(cè) 的凍切力 T1>T

2、2, 凍脹時基底壓力分布基礎(chǔ)外邊緣大， 里邊緣小， 按 此受力圖進(jìn)行分析，房屋外縱墻應(yīng)向房屋里側(cè)傾斜，可實際情況恰 恰相反，房屋橫墻較少、比較空曠的房屋，外縱墻均向外傾斜，房 屋橫墻較多、整體剛度比較好的房屋，外縱墻基本不傾斜，當(dāng)時是 百思不得其解，經(jīng)過反復(fù)研究此基礎(chǔ)受力圖，我們對基礎(chǔ)的凍深曲 線進(jìn)行反復(fù)研究，我們推測，地基凍深曲線基本呈斜向，地基的凍 脹力與凍深曲線基本呈垂直關(guān)系，造成基礎(chǔ)向外傾斜。 對于橫墻較多、剛度較好的房屋，由于橫墻的約束作用，限制 了房屋外縱墻的傾斜，使房屋整體上抬。1.2 工程實例 2 某電廠變電所墻體裂縫加固 黑龍江省某發(fā)電廠變電所，一層磚混結(jié)構(gòu)，使用過程中 發(fā)現(xiàn)

3、山墻有倒八字形裂縫，裂縫與地面基本呈 45 度夾角， 經(jīng)某單位鑒定后，認(rèn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生了不均勻沉降，于是，對基 礎(chǔ)進(jìn)行了加固處理，加固后，山墻又出現(xiàn)了裂縫，而且山墻 外傾，建設(shè)單位擬對其再次進(jìn)行加固處理，我們經(jīng)投標(biāo)中標(biāo) 后，經(jīng)過認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)有以下問題：a) 對于一層房屋，基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降的可能性不大， 經(jīng)過加固處理后再次發(fā)生不均勻沉降的可能性更 小，似乎有些不合常理；b) 山墻外傾不符合基礎(chǔ)不均勻沉降的受力特征；c) 基礎(chǔ)埋置深度滿足規(guī)范要求，似乎沒有地基凍脹的可能性；我們根據(jù)山墻外傾這一破壞特征，我們認(rèn)為還是地 基受凍，為什么地基會受凍，經(jīng)過查閱圖紙，發(fā)現(xiàn)電纜溝 從山墻入戶，電纜溝處存在冷橋

4、，使地基受凍，從而造成 山墻基礎(chǔ)上抬及外傾。我們只有對房屋的裂縫有一個正確的分析之后，對 癥下藥， 采用合理的加固方案， 才能做到房屋加固后安全 可靠。前邊提到，該變電所進(jìn)行過一側(cè)加固處理，后來又 產(chǎn)生裂縫，其原因，就是原來結(jié)構(gòu)受力分析錯誤。該變電所對基礎(chǔ)進(jìn)行了保溫處理， 經(jīng)過多年使用后， 墻體沒有再產(chǎn)生裂縫。1.3 工程實例 3 某別墅小區(qū)地基凍脹性的判定 哈爾濱市江 北某別墅小區(qū)，地下一層為車庫，地上三層為住宅，磚混結(jié) 構(gòu)，鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)及鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。地質(zhì)勘察 報告中載明：地基為弱凍脹土。該房屋在車庫坡道進(jìn)入地下室時，較少了坡道處基礎(chǔ)的埋 置深度，此處外縱墻的基礎(chǔ)埋置深度不足1

5、m，大約0.50m,施工單位擔(dān)心地基產(chǎn)生凍害，問設(shè)計單位地基能否有發(fā)生凍 害？并請有關(guān)專家對設(shè)計單位的意見進(jìn)行論證。設(shè)計單位根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范 、地質(zhì)勘察報告、及 結(jié)構(gòu)計算，得出的結(jié)論為：地基不會發(fā)生凍脹，房屋基礎(chǔ)安 全。其計算分析依據(jù)為：（ 1） 根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范 ，基礎(chǔ)最小埋置深度為： 基礎(chǔ)最小埋深 = 場地凍結(jié)深度 -最大凍土層厚度（ 2） 根據(jù)地質(zhì)勘察報告， 地基土為弱凍脹土， 其最大凍土 層厚度達(dá) 2m 以上，（ 3） 根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計算， 基礎(chǔ)地面處地基壓應(yīng)力大于地基 凍脹應(yīng)力， 綜上所述，基礎(chǔ)不會產(chǎn)生凍脹破壞，房屋結(jié)構(gòu)安全。 該分析看似比較全面，我們經(jīng)過查閱地質(zhì)勘察報告 后，

6、認(rèn)為上述分析概念不清晰，甚至存在分析錯誤。錯誤在哪？判斷地基土的凍脹類別與地下水位至凍結(jié)面 的距離有關(guān)，地下車庫坡道進(jìn)入地下室后，地基的凍結(jié)面隨 坡道下移，地下水位距凍結(jié)面的距離減小，土體的凍脹性有 變化，因此，上述分析存在概念上錯誤。另外，我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，房屋建造前地質(zhì)勘察時地下 水位低，實際使用時地下水位可能發(fā)生變化。以上為地基凍脹產(chǎn)生凍害的工程實例，以下再介紹二個地 基土融沉后致使地面及基礎(chǔ)破壞的實例。1.4 工程實例 4 某滑冰館，滑冰跑道使用多年，在舉辦一項 國際大賽前，需要對整個制冷系統(tǒng)及相應(yīng)設(shè)施進(jìn)行維修，制 冷系統(tǒng)停止工作若干天后，發(fā)現(xiàn)跑道出現(xiàn)了大面積融沉現(xiàn)象。查閱設(shè)計圖紙，設(shè)

7、計時在冰場下作了隔熱層，隔熱層為 150mm 厚擠塑板。我們經(jīng)過分析，設(shè)計者忽略了傳熱時間概念，冰場在不 停的制冷， 使得擠塑板下的土體受凍， 受凍后土體產(chǎn)生凍脹， 冰場使用過程中澆水找平，在冰場跑道維修期間，土體溶化 后產(chǎn)生融沉。1.5 工程實例 5 某客運(yùn)站，候車大廳部分為一層，與之 相連部分為三層，三層部分為賓館，該房屋為磚混結(jié)構(gòu)，鋼 筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，該場地為地基為永凍土。該客運(yùn)站投入使用不久，墻體出現(xiàn)裂縫，于是，建設(shè)單 位委托一家鑒定單位進(jìn)行鑒定，要求查出墻體裂縫原因，其 鑒定結(jié)論為 :基礎(chǔ)施工質(zhì)量未達(dá)到設(shè)計要求； 樁長未達(dá)到設(shè)計 要求；一層地面處作一層鋼筋混凝土板，板下貼有 10

8、0mm 厚隔熱苯板， 部分苯板脫落， 造成隔熱效果下降， 土體融化， 樁基礎(chǔ)沉降。施工單位對鑒定結(jié)論有異議，要求重新鑒定。 我們經(jīng)過現(xiàn)場勘查：發(fā)現(xiàn)墻體裂縫較大，裂縫寬度達(dá) 10mm 以上；樁基礎(chǔ)承臺頂面有的部位與墻體脫離，形成水 平縫隙，縫隙寬度達(dá) 15mm 以上；經(jīng)過鉆孔測溫， 3m 以下 的土體開始融化。從以上現(xiàn)象可以看出，永凍土已經(jīng)逐漸融化，樁的承載 力降低，有的樁沉降量大于墻體的沉降量，造成承臺頂面與 墻體之間形成縫隙。由此可見，房屋設(shè)計時，雖然在一層地面處作了保溫隔 熱層，但同樣忽略了傳熱時間的概念，造成永凍土融化，基 礎(chǔ)沉降。2 溫度應(yīng)力2013 年 10 月，哈爾濱某小區(qū)某工程基

9、礎(chǔ)越冬，找你幾位 專家論述基礎(chǔ)越冬方案。該工程地下室為大底盤，地上為若干棟高層建筑，通過大 底盤連在一起，大底盤長約 500m，寬約360m，樁筏基礎(chǔ)， 當(dāng)時施工單位提出二個基礎(chǔ)越冬方案：一是地下室內(nèi)注水， 用水對地基進(jìn)行保溫； 二是冬季繼續(xù)降水， 對基礎(chǔ)進(jìn)行覆蓋對于地下室注水保溫方案，這種做法屬于土做法，對于水 凍成冰后，有多大的凍脹力心里沒底，我在這里提出的是： 基礎(chǔ)混凝土施工在 6-9 月，混凝土成型時溫度較高，地下室 注入水后溫度較低，該混凝土結(jié)構(gòu)超長，超過規(guī)范規(guī)定的限 制數(shù)倍，混凝土的溫差變形是否會造成地下混凝土結(jié)構(gòu)的開 裂；對于第二種保溫方案，是在基礎(chǔ)承臺頂面保溫，還是在 地下室頂

10、板保溫，各種意見都有，每種方案，各有千秋。我 的想法是：如果在地下室頂面保溫，有利于對整個地下室結(jié) 構(gòu)的保護(hù)。通過這個工程我們看到，混凝土結(jié)構(gòu)的長度越做越長，再次，介紹一下鑒定過程中在溫度應(yīng)力作用下，致使 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的問題。2.1 工程實例 1 某高層結(jié)構(gòu)，地下一層地上 30 層，剪力墻 結(jié)構(gòu)，地下水位較高，地下室鋼筋混凝土墻即是承重 墻 ，又是防水墻體。由于地下室混凝土墻混凝土強(qiáng)度 普遍較低， 要求對墻體進(jìn)行加固。 按照混凝土加固規(guī)范 及有關(guān)資料，采用加大截面法，即：在原有混凝土墻體 的基礎(chǔ)上， 增加鋼筋混凝土夾板墻， 新舊墻體之間植筋 連接，原有混凝土墻體進(jìn)行鑿毛處理。在使用過程中， 發(fā)

11、現(xiàn)后幫貼的混凝土墻體與原有墻體有 的部位脫離，查閱施工內(nèi)業(yè)，植筋進(jìn)行拉拔試驗，試驗 結(jié)果均滿足設(shè)計要求，后幫貼混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要 求，從設(shè)計到施工沒發(fā)現(xiàn)紕漏。新舊混凝土分離，原因何在？后來經(jīng)過仔細(xì)分析，發(fā) 現(xiàn)混凝土墻體長度超過規(guī)范規(guī)定的長度地下室內(nèi)溫度 較高，新幫貼的混凝土墻體在室內(nèi)，溫度較高，原有混 凝土墻體在室外，溫度較低，那么，加固后的混凝土墻 體處在不同的溫度場內(nèi)， 室內(nèi)的混凝土受熱后伸長， 外 側(cè)的混凝土收縮， 由于其變形不一致導(dǎo)致新舊混凝土墻 體分離。應(yīng)注意的事項： 建議留伸縮縫。 不能完全依靠植筋。2.2 工程實例 2 某商場，六層框架結(jié)構(gòu)，長度略超規(guī)范要求，使用若干年后， 發(fā)

12、現(xiàn)屋面縱向框架梁梁端有斜裂縫， 裂縫的形態(tài)與受剪破壞類似。我們經(jīng)過現(xiàn)場檢測， 混凝土框架梁施工質(zhì)量較好， 混凝 土強(qiáng)度高于設(shè)計強(qiáng)度，梁主筋、箍筋均滿足要求，且富 余量較大， 根據(jù)檢測結(jié)果復(fù)核， 梁抗彎抗剪承載力們有 問題。根據(jù)梁裂縫形態(tài)分析，與斜裂縫垂直方向，應(yīng)該有一個主拉應(yīng)力， 經(jīng)過取脫離體分析， 梁收縮變形產(chǎn)生的 拉應(yīng)力與剪力產(chǎn)生的合力， 與斜裂縫的方向垂直， 因此 可知，該裂縫是由于混凝土框架梁收縮造成的。2.3 工程實例 3 某學(xué)校教學(xué)樓，磚混結(jié)構(gòu)，屋面梁端斜裂 縫，裂縫上大下小。一般的梁端剪切裂縫為下邊寬、 上邊窄， 根據(jù)裂縫的形 態(tài)分析，該裂縫不是梁的受剪破壞，經(jīng)分析，屋面板有 一

13、個向外的水平推力，造成梁端裂縫。查閱設(shè)計圖紙，該梁屬于簡支梁，梁負(fù)筋較小，不滿 足規(guī)范要求。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，簡支梁負(fù)筋不小于跨 中鋼筋的四分之一。2.4 工程實例 4 某一層磚混底框綜合樓，預(yù)制鋼筋混凝土 空心樓板，陽臺及雨篷為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，長度為 61.50m，按當(dāng)時的砌體結(jié)構(gòu)規(guī)范，長度不超過60m，房 屋長度略超過規(guī)范要求，因此，沒有留伸縮縫，夏季， 頂層外縱墻與樓梯間橫墻之間開裂， 裂縫上寬下窄， 最 寬處可伸進(jìn)手指，進(jìn)入冬季后，裂縫逐漸變小，直至裂 縫合攏。從房屋的墻體變形分析， 房屋的外縱墻體外傾， 究其原 因，頂層現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁與現(xiàn)澆雨篷相連， 現(xiàn)澆雨 篷數(shù)量較多， 現(xiàn)澆雨篷至于室外陽光下， 混凝土圈梁的 伸長量大于磚墻的伸長量， 兩者變化不一致， 造成外縱 墻體外傾。2.5 工程實例 5 某四磚混結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，現(xiàn)澆 圈梁，頂層沿圈梁設(shè)有水平采暖管，采暖管較粗，采暖 好，供水溫度較高，使用中沿縱向從房屋中部劈