工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理與危害

工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理與危害第一頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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西南科技大學(xué)第2章

工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.1鋼筋腐蝕2.1.2混凝土的碳化2.1.3混凝土堿集料反應(yīng)2.1.4化學(xué)介質(zhì)的腐蝕2.1.5混凝土的凍融破壞2.1.6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫2.2.1砌體結(jié)構(gòu)的裂縫2.2.2砌體結(jié)構(gòu)的變形2.3.1鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問(wèn)題2.3.2鋼材的疲勞破壞2.3.3鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞2.3.4鋼結(jié)構(gòu)的防火與防腐2.1混凝土結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及其危害2.2砌體結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及其危害2.3鋼結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理及其危害2.4地基基礎(chǔ)損傷機(jī)理及其危害2.4.1地基失穩(wěn)2.4.2軟土地基2.4.3濕陷性黃土2.4.4季節(jié)性凍土第二頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1混凝土結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及其危害2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕第三頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害鋼筋腐蝕機(jī)理——條件：在鋼筋表面存在電位差，不同電位的區(qū)段之間形成陽(yáng)極－陰極；陽(yáng)極區(qū)段的鋼筋處于活化狀態(tài)，陽(yáng)極反應(yīng)：2Fe－4e－

2Fe2+存在水分和溶解氧，在陰極發(fā)生陰極反應(yīng)：2H2O+O2+4e－

4OH－2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕第四頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害影響鋼筋腐蝕的主要因素：pH值Cl－含量氧混凝土密實(shí)性砼保護(hù)層厚度其他因素2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕第五頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010－2010第六頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害鋼筋銹蝕破壞的主要破壞特征：混凝土順?shù)摻铋_(kāi)裂“握裹力”下降與喪失鋼筋斷面損失鋼筋應(yīng)力腐蝕斷裂2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕第七頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害鋼筋防腐蝕的措施：常規(guī)方法（從材料、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)入手）：

①優(yōu)選配合比，嚴(yán)格控制水灰比，選擇合適的水泥用量和外加劑；

②設(shè)計(jì)采用一定厚度保護(hù)層，防止有害物質(zhì)滲入；

③保證砼施工質(zhì)量，提高密實(shí)性、抗凍性和抗?jié)B性，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止裂縫產(chǎn)生；

④防止堿集料反應(yīng)；

⑤嚴(yán)格限制氯離子含量

⑥定期檢查，發(fā)現(xiàn)裂縫或表面疏松掉皮時(shí)及時(shí)處理2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕特殊方法：

①陰極保護(hù)

②環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋

③用纖維增強(qiáng)塑料（FRP）

④鍍鋅鋼筋

⑤添加防銹劑第八頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕第九頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.1混凝土中鋼筋的腐蝕第十頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.2混凝土的碳化混凝土碳化機(jī)理：混凝土是多孔體，空氣中的二氧化碳先滲透到內(nèi)部孔隙和毛細(xì)管中，溶解于毛細(xì)管中的液相，與水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的氫氧化鈣和硅酸二鈣、硅酸三鈣等水化物相互作用，形成碳酸鈣。第十一頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.2混凝土的碳化混凝土碳化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響：1、混凝土碳化會(huì)增加其密實(shí)性，提高混凝土抗化學(xué)腐蝕能力；2、碳化降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用；3、混凝土碳化加劇混凝土的收縮，可能致使混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞；第十二頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.2混凝土的碳化影響混凝土碳化速度的因素：周圍環(huán)境因素：相對(duì)濕度；環(huán)境溫度；CO2濃度。材料組成因素：水泥用量；水灰比；粉煤灰取代量；水泥品種；集料品種；養(yǎng)護(hù)方法施工因素：主要是混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)等條件的影響；主要是影響混凝土密實(shí)性。第十三頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.2混凝土的碳化減小混凝土碳化的措施：合理設(shè)計(jì)混凝土配合比；在混凝土施工時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械振搗，以保證混凝土的密實(shí)性；采用表面涂層或表面覆蓋層的方法，隔絕混凝土與空氣中的CO2；混凝土設(shè)計(jì)時(shí)考慮足夠的保護(hù)層厚度。第十四頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.2混凝土的碳化《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-92）：

測(cè)量碳化深度值時(shí)，用合適的工具在測(cè)區(qū)表面形成直徑約為15mm并有一定深度的孔洞。清除孔洞中的碎屑和粉末是，注意不得用水沖洗，應(yīng)立即用濃度為1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，用深度測(cè)量工具測(cè)量表面至深部不變色邊緣處與測(cè)量面相垂直的距離多次，取其平均值，該距離即為該測(cè)區(qū)混凝土的碳化深度值。每次測(cè)量讀數(shù)精確到0.5mm。當(dāng)深度小于0.5mm時(shí)，按無(wú)碳化處理。第十五頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新I

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.3混凝土堿集料反應(yīng)混凝土堿集料反應(yīng)的條件：混凝土中有相當(dāng)數(shù)量的堿；混凝土中有相當(dāng)數(shù)量的堿活性骨料；混凝土工程的使用環(huán)境必須有足夠的濕度。

反應(yīng)類型：堿－硅反應(yīng)堿－硅酸鹽反應(yīng)堿－碳酸鹽反應(yīng)第十六頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.3混凝土堿集料反應(yīng)影響堿集料反應(yīng)的因素水泥的含堿量混凝土的水灰比混凝土孔隙率環(huán)境溫濕度影響防止堿集料反應(yīng)的措施采用低堿水泥摻用粉煤灰等摻合料降低混凝土的堿性盡量不用可能引起反應(yīng)的集料改善混凝土結(jié)構(gòu)的施工和使用條件第十七頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.4化學(xué)介質(zhì)的腐蝕混凝土化學(xué)介質(zhì)腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程。按侵蝕介質(zhì)的性質(zhì)分：①硫酸鹽腐蝕；②海水腐蝕；③酸性腐蝕；④鹽類結(jié)晶型腐蝕。防止化學(xué)介質(zhì)腐蝕的措施：選用與腐蝕類型或程度相適應(yīng)的水泥品種提高混凝土密實(shí)性和抗?jié)B性混凝土保護(hù)層必須有足夠的厚度摻用火山灰質(zhì)的活性摻合料采用混凝土表面處理方法第十八頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.5混凝土的凍融破壞

混凝土凍融破壞的主要原因是混凝土微孔隙中的水，在溫度正負(fù)交替作用下，形成冰漲壓力和滲透壓力聯(lián)合作用的疲勞應(yīng)力，在這種疲勞應(yīng)力的作用下混凝土產(chǎn)生了由表及里的剝蝕破壞。第十九頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.5混凝土的凍融破壞影響混凝土抗凍性的因素：水灰比含氣量飽和水狀態(tài)受凍齡期水泥品種及集料質(zhì)量外加劑和摻合料的影響提高混凝土抗凍性的措施：引氣劑、減水劑或引氣型減水劑控制水灰比，提高密實(shí)度加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)加防凍劑防止混凝土早期受凍第二十頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫原因：水化熱引起塑性收縮裂縫塑性塌落裂縫混凝土干縮裂縫堿集料裂縫溫度變化引起基礎(chǔ)不均勻沉降引起鋼筋腐蝕引起荷載作用引起第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫危害：改變受力模式，降低承載力；可能引起滲漏，影響正常使用；結(jié)構(gòu)剛度降低，變形增加；降低結(jié)構(gòu)安全度；結(jié)構(gòu)耐久性下降?？刂茦?biāo)準(zhǔn)：寬度0.05mm以下，無(wú)任何危害；寬度0.3(0.2)mm以下，對(duì)耐久性有影響寬度0.3mm以上，結(jié)構(gòu)性能影響第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫

混凝土裂縫鑒別工程結(jié)構(gòu)的破壞，特別是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞往往是從裂縫開(kāi)始的。但是，并不是所有的裂縫都是結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)的征兆，只有那些影響結(jié)構(gòu)承載能力、穩(wěn)定性、剛度以及節(jié)點(diǎn)連接可靠性等的裂縫才可能危及結(jié)構(gòu)的使用安全。而大量常見(jiàn)的裂縫，如溫度、收縮裂縫等，并不危及結(jié)構(gòu)安全。因此，各類裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的危害是不同的，故對(duì)各類裂縫的處理應(yīng)有區(qū)別。所以準(zhǔn)確鑒別不同類型的裂縫是十分重要的。第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫

裂縫鑒別一般從裂縫現(xiàn)狀、開(kāi)裂時(shí)間和裂縫的發(fā)展變化三個(gè)方面調(diào)查分析，主要內(nèi)容有：1、裂縫寬度：是判斷裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物影響程度的重要參數(shù)，應(yīng)預(yù)先查明裂縫寬度是否發(fā)展變化，因?yàn)樗欠治鲩_(kāi)裂原因、決定修補(bǔ)及補(bǔ)強(qiáng)加固方法的重要項(xiàng)目。2、裂縫位置與分布特征：一般應(yīng)調(diào)查清楚裂縫位于建筑物的第幾層，出現(xiàn)在哪類構(gòu)件(梁、板、柱、墻等)上，裂縫在構(gòu)件的位置，如梁的兩端或跨中，板的頂面或底面等。3、裂縫的方向與形狀：一般裂縫的方向同主拉應(yīng)力方向是相互垂直的，因此要注意分清裂縫的方向。要注意區(qū)分裂縫的形狀是上寬下窄、上窄下寬、兩端窄中間寬或?qū)挾茸兓淮蟮炔煌闆r，因?yàn)橛刹煌脑驅(qū)е碌牧芽p的形狀是不同的。第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害2.1.6混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫

裂縫鑒別（續(xù))4、裂縫的深度和長(zhǎng)度：區(qū)別裂縫是淺表裂縫、保護(hù)層裂縫、還是較深的甚至貫穿性裂縫。裂縫長(zhǎng)度與分析裂縫開(kāi)裂原因及判斷是否加固修補(bǔ)關(guān)系不大，然而根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度可以大致搞清楚裂縫是局部原因引起的還是較廣范圍原因引起的。5、裂縫的開(kāi)裂時(shí)間：開(kāi)裂時(shí)間是判斷開(kāi)裂原因的重要依據(jù)，所以必須慎重判斷。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)裂縫的時(shí)間和裂縫的開(kāi)裂時(shí)間是不一致的，因此，必須多方搜集線索，參考裂縫寬度的變化情況記錄進(jìn)行綜合分析判斷。6、裂縫的發(fā)展變化：指裂縫長(zhǎng)度、寬度、數(shù)量等方面的變化。在對(duì)裂縫處理前一定要分清裂縫是活動(dòng)裂縫還是靜止裂縫。第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析1——某口岸商城該樓施工圖設(shè)計(jì)1989年完成，大體為矩形平面，柱網(wǎng)6.9m×6.9m，沿海岸長(zhǎng)18×6.9m=124.2m，與海岸線垂直方向?qū)?×6.9m=55.2m，建筑面積13560；3層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)皆為C28（300號(hào)），3層樓（屋）面板厚90mm,保護(hù)層厚度10mm，板底配筋：10＠120（短跨）與8＠150（長(zhǎng)跨），底板未抹灰，1992年2月28日竣工，工程質(zhì)量等級(jí)被核定為優(yōu)良；當(dāng)時(shí)仍施行《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TJ10—74）系列規(guī)范。第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析1——某口岸商城竣工后，該樓一直作為所在城市的主要水運(yùn)口岸使用（圖2）。2002年初，該樓部分樓板底筋嚴(yán)重銹蝕，保護(hù)層混凝土脹裂、剝落，遂用水泥砂漿進(jìn)行封閉處理，修補(bǔ)多達(dá)600余處；2007年11月11日靠碼頭一側(cè)的3層板底的修補(bǔ)水泥砂漿連同保護(hù)層混凝土脹裂、剝落，擊穿吊頂天棚，從高空墜落，最大塊體約180×380mm（圖3）。第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析1——某口岸商城現(xiàn)場(chǎng)檢查：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該樓3層靠海一側(cè)部分樓板底部跨Φ8鋼筋嚴(yán)重銹蝕，銹蝕最嚴(yán)重的構(gòu)件主要集中在3層B-C/13-14軸，其中底板長(zhǎng)跨Φ8鋼筋局部亦已嚴(yán)重銹蝕。第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析1——某口岸商城化學(xué)試驗(yàn)：在柱、梁及上述部位鉆取了混凝土芯樣，切片進(jìn)行了化學(xué)分析。該樓位于長(zhǎng)年高溫高濕的夏熱冬暖地區(qū)，B軸距海邊僅15米左右，按規(guī)范的3.4.1條，屬于三類濱海室外環(huán)境，水泥用量的氯離子含量限制為0.1％。檢測(cè)結(jié)果顯示，該樓3層樓板底部24個(gè)混凝土試樣有16個(gè)水泥用量Cl-含量超過(guò)規(guī)范限值0.1％，超限1倍以上的試樣多達(dá)11個(gè)，最高的1個(gè)試樣的Cl-含量達(dá)1.7％，超限16.9倍，表明靠海最近的樓板已遭受氯化物嚴(yán)重侵蝕。第三十頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析1——某口岸商城混凝土切片試樣檢測(cè)結(jié)果：3層B—C軸線樓板的鋼筋銹蝕部位2個(gè)芯樣的氯離子含量分別為0.032%~0.186%(1號(hào)芯樣）、0.022%~0.051%（2號(hào)芯樣），其中1號(hào)芯樣1個(gè)切片氯離子含量高達(dá)0.186%，超過(guò)規(guī)范限值0.1%。這表明氯離子已在3層樓板全截面滲透。4層室外裝飾梁氯離子含量相對(duì)較低，已開(kāi)始遭受侵蝕；柱芯樣切片的氯離子含量皆很小，表明尚未受到氯離子侵蝕。據(jù)此，基本可以排除使用海砂。第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析1——某口岸商城該事故凸顯了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的現(xiàn)澆板底筋保護(hù)層厚度過(guò)小導(dǎo)致的嚴(yán)重危害。根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292—1999）4.2.7條，該樓板底部鋼筋銹蝕且保護(hù)層出現(xiàn)銹脹裂縫部位的樓板安全性等級(jí)應(yīng)評(píng)為d級(jí)，即顯著影響承載能力，須盡快進(jìn)行加固處理。第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析2——某辦公樓某工程為三層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積850m2，層高3.3m~3.6m，平面圖如圖1所示，最大柱網(wǎng)為8mX9.7m，中柱為方柱500mmX500mm，邊柱為異形柱500mmX500mmX200mm，基礎(chǔ)為十字交叉R、C條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)落在殘積土層上?？蚣芰鹤畲罂缍葹?700mm斷面為250mmX900mm，梁上設(shè)有柱，該柱承受屋面?zhèn)鱽?lái)的荷載，再由框架梁傳給框支柱與基礎(chǔ)。次梁斷面200mmX400mm或500mm，跨度3.3m~5.5m?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C25，現(xiàn)場(chǎng)攪拌。該工程于2014年4月封頂，在砌筑墻體時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分框架梁和部分次梁出現(xiàn)裂縫。2015年4月，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與檢查及電算復(fù)核結(jié)果，梁配筋符合設(shè)計(jì)圖紙，混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)值。第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。第2章

工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害圖1三層結(jié)構(gòu)平面圖第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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工程結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及危害工程案例分析2——某辦公樓框架梁裂縫主要發(fā)生在梁側(cè)中部與支座附近處，以垂直裂縫為主，裂縫中間寬，兩端細(xì)小，梁底個(gè)別處也有裂縫，但與梁側(cè)裂縫不貫通，在支座處附近裂縫呈現(xiàn)45度斜裂縫，也是裂縫中間寬，兩頭細(xì)小，相對(duì)應(yīng)的板沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫，如圖2所示?？蚣芰篖A1發(fā)現(xiàn)未配置抗扭縱筋或構(gòu)造筋，箍筋直徑為Φ8@200，磚墻砌筑大樣圖3。

圖2框架梁裂縫示意圖

圖3磚墻砌筑大樣圖第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。厚德博學(xué)篤行創(chuàng)新

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西南科技大學(xué)第2章