某外資廠房牛腿開裂原因分析

談麗華

蘇州工業(yè)園區(qū)設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 江蘇蘇州  215021

1、工程概況

    某外資廠房為混凝土柱，屋面鋼桁架結(jié)構(gòu)，屋面中間跨為設(shè)備夾層，設(shè)備夾層為鋼梁上鋪樓層板結(jié)構(gòu)，鋼梁支撐于兩端柱牛腿上。廠房位于7度抗震設(shè)防地區(qū)，混凝土強度等級為C30，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，廠房剖面見圖l。在廠房主體結(jié)構(gòu)完成，準(zhǔn)備進行設(shè)備層安裝時，發(fā)現(xiàn)c軸、D軸部分牛腿開裂并有壓碎現(xiàn)象見圖2。

2、牛腿檢測

    為了解牛腿開裂的原因，以及裂縫對結(jié)構(gòu)的影響，對牛腿混凝土強度、內(nèi)部混凝土缺陷、鋼筋的配置以及保護層厚度等進行了現(xiàn)場檢測工作，檢測結(jié)果如下。

    1)根據(jù)現(xiàn)場條件，對夾層牛腿混凝土強度進行了抽測，抽測結(jié)果表明混凝土強度均能滿足設(shè)計強度C30的要求。

    2)為了判斷未受損部位混凝土內(nèi)部的質(zhì)量，委托江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司對受損牛腿進行了超聲波檢測，檢測結(jié)果見表l。

    檢測結(jié)果表明未有聲速異常點出現(xiàn)，說明牛腿內(nèi)部混凝土無缺陷，是完好無損的。

    3)通過對儀器測量及開鑿檢查，發(fā)現(xiàn)鋼筋的規(guī)格、數(shù)量和設(shè)計圖紙相符，而對鋼筋保護層厚度的檢測發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)大于設(shè)計要求的厚度，檢測數(shù)據(jù)見表2。

3、牛腿開裂原因分析

    牛腿的破壞一般有彎曲破壞、斜壓破壞、剪切破壞、局壓破壞，根據(jù)牛腿的破壞情況可以確定是局壓破壞。下面就檢測結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)查情況，來分析牛腿產(chǎn)生裂縫的原因：

    3.1承載能力分析

    按照設(shè)計圖紙對其截面尺寸，承載力和配筋進行了復(fù)核，牛腿截面尺寸應(yīng)滿足下列裂縫控制條件：

    說明牛腿在正常使用荷載情況下，承載力滿足設(shè)計要求。況且牛腿出現(xiàn)開裂是在設(shè)備夾層荷載還未作用上去的情況下發(fā)生的，所以可以排除承載能力不足造成破壞這一因素。

    3.2地基沉降

    廠房基礎(chǔ)采用的是樁基，根據(jù)沉降觀測記錄，沉降量很小，且未有不均勻沉降的現(xiàn)象發(fā)生，故牛腿裂縫不是由于地基原因造成的。

    3.3施工方面的原因

    從牛腿開裂情況看，牛腿發(fā)生了混凝土保護層剝落，混凝土局壓破壞。發(fā)生局壓破壞是因為梁與牛腿接觸面減小，造成局壓面積不足引起。引起梁接觸面減小的原因，筆者認(rèn)為有兩方面的原因：一是從現(xiàn)場實際檢查發(fā)現(xiàn)，鋼梁與牛腿頂面之間的5cm厚的二次澆灌層質(zhì)量差、強度低，且不均勻，部分甚至只在牛腿端部與鋼梁形成點接觸，造成局壓面積減小，當(dāng)不滿足最小局壓面積時，造成局壓破壞。二是鋼梁本身跨度較大(15 m)，施工上部設(shè)備層樓層板時，又未加設(shè)臨時支撐，在恒載及施工活載共同作用下產(chǎn)生變形，進一步加劇了鋼梁與牛腿面之間接觸面積的減小，造成局壓不步加劇了鋼梁與牛腿面之間接觸面積的減小，造成局壓不滿足而引起牛腿開裂與破壞。發(fā)生局壓破壞時，傳至牛腿上的恒載約為607 kN(設(shè)計值)，要防止局壓破壞，必須滿足的條件，也就是說局壓面積At。必須大于31442m㎡：；而鋼梁截面寬度400 mm是確定的，這樣可得最小接觸長度要大于78mm，才能避免局壓破壞。而現(xiàn)根據(jù)實測結(jié)果，破壞面就在距牛腿70mm-80mm處。

    3.4保護層過厚

    實際施工中牛腿混凝土保護層厚度較大，實測數(shù)據(jù)表明保護層厚度在70mm-90mm之間，遠(yuǎn)大于設(shè)計保護層厚度。保護層厚度加大的弊端在于使混凝土局部約束變小，致使裂縫產(chǎn)生后混凝土迅速剝離，同時也使承載能力降低，從牛腿實際破壞照片可以看出牛腿主筋并未出現(xiàn)(圖2)。

4 、處理措施

    夾層鋼梁下加設(shè)l臨時支撐，剔除鋼梁支座下原有的不合格灌漿材料，對破壞的牛腿混凝土進行修補，并且在牛腿四周粘貼鋼板進行補強加固。鋼梁與牛腿支座處用Master- top98C灌漿料進行灌漿。經(jīng)過處理后，廠房從投入生產(chǎn)使用至今，未再出現(xiàn)任何裂縫，實際使用效果良好。

5、結(jié)語

    1)牛腿出現(xiàn)裂縫并且局部壓碎主要是由于施工操作中的不規(guī)范致使鋼梁與牛腿頂面的局壓面積減小，致使局壓不滿足造成局壓破壞。

    2)保護層過大加劇了裂縫的開展并使保護層混凝土剝離。

    3)對受損構(gòu)件需及時采用合理的結(jié)構(gòu)補強措施，保證結(jié)構(gòu)的安全可靠。

參考文獻

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[2]羅福年．單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1990．

[3]天津大學(xué)，同濟大學(xué)，東南大學(xué)．混凝土結(jié)構(gòu)[M]．中國建筑工業(yè)出版社，2002．

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)