十二框架结构裂缝分析实例
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第十二章 框架结构裂缝分析实例
教学提示：框架结构是当前覆盖面最广、使用量最大的一种结构形式，其设计技术与施工 工艺都比较复杂，因此其事故率也最高，事故分析与处理的难度也最大。建议在教学中作 为重点内容来关注。 教学要求：九起事故实例是近年来在国内工程学术界受关注较多、争论较多的实例，建议 引导学生从争论中提高认识，从反面意见中拓宽思路。
12.3
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
8×7000=56000
13800
15000
17900
1
2
3
2000
4 (12×7000+600)=84600
2000
图12.1 教学综合楼结构平面图
12.4
注：1. 框架柱；2. 纵梁；3. 伸缩缝；4. 框架梁。
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
(2) 黏土：由褐色到褐红色，局部夹细砂，发育较完整，土质较均匀， 平均厚度约6m。 (3) 砂质黏土：以细、中砂为主要成分，层厚1.5m～2.5m，由褐色到 红色；中实，饱和，可塑；含氧化铁成分。 (4) 黏土夹漂石。红色，厚度不均，最大厚度为5m。 (5) 第三系风化岩，褐红色，较完整。 3) 施工概况 (1) 人工挖孔桩由专门队伍负责施工，按规范操作，质量监控正规， 检测工作到位，竣工验收合格。 (2) 虽然没有完整的施工组织设计，且施工过程中发生过塔吊操作失 误，行车塌落伤人等重大事故，也出现过拆模过早的现象。但是框架 梁、柱和楼、屋面板等主体构件的混凝土强度等级均达到或超过设计 强度，所用钢材材质的物理化学性能均符合规范要求，说明施工方面 不存在大问题。
12.6
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
3. 机理分析 1) 裂缝产生的特殊性 (1) 框架填充墙理论上并不受力，填充墙上出现奇异裂缝，必然是框架 梁、柱出现整体变形，迫使框架节点出现角变位，从而使填充墙受挤， 因此，必然存在奇特原因。 (2) 整体框架，尤其是设计安全水准偏高(按抗震设防)的框架，纵梁支 座和板支座附 近的负弯矩区，一般也由于塑性变形的影响，负弯矩值 比理论计算值偏低，不应在此处出现裂缝。之所以在这里出现裂缝， 也证明是框架出现整体变形所致，因此，必然存在特殊原因。 2) 裂缝合成的必然性 (1) 墙面上出现复杂产状的之字型裂缝和分叉形树枝状裂缝，必然有一 组与裂缝产状(裂缝方向)相对应的主拉应力存在。
随着时代的进展，砖石结构、竹木结构已逐渐退出历史舞台，纯钢结构独占超高层和大空 间领域，钢筋混凝土装配式结构和砖混结构则由于耐震能力低，整体安全性差，在使用范 围上受到限制。因此，整浇钢筋混凝土框架或刚架结构早已成为当今世界上使用面最大， 最受欢迎的一种建筑结构形式。 整浇钢筋混凝土框钢架结构的特点是，只凭模板、钢筋、水泥、砂、石等几样价格低廉、 资源丰富的材料，就能在施工现场按图塑造出各种复杂的结构型式。以技术含量不高的手 工作业工艺，凭完全露天作业的恶劣环境条件，施工质量自难有效控制，由于施工原因造 成的工程事故也就必多。对于各种体型复杂，规模偏大的现代建筑框架结构来说，由于其 构造复杂，功能多样，从力学平衡条件、变形协调条件到本构关系合理条件极难同时控制， 因此由于设计不合理原因形成的事故也就必多。同时，对于规模偏大，构造复杂的框架结 构来说，其负荷量大，对地基基础的要求也偏高，因此，由于地基基础原因引起的结构事 故也就必多。这就是钢筋混凝土框架或刚架结构事故率很高的原因。 框架结构虽有事故率高、裂缝多的特点，但它具有一定的延性，结构整体性好，往往在事 故面前能充分发挥裂而不倒的优势。现结合以下工程实例对框架结构裂缝进行如下分析。 12.1
1. 工程概况 1) 设计要点 兴建于20世纪90年代的某大学教学综合楼，建筑平面呈工字型，如图 12.1所示。前楼3层为阶梯形教室，后楼8层为教学综合楼，前后楼之 间用廊道连接，总建筑面积近10000m2，钢筋混凝土框架结构，设防 烈度为7度，抗震等级取3级。 2) 地质条件 地层构造如下： (1) 杂填土：由灰褐到褐红色，层厚0.1m～1.2m，由松软到中密，含有 植物根与建筑垃圾。
第十Leabharlann Baidu章 框架结构裂缝分析实例
本章内容
•地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例 •施工质量原因引起的框架结构裂缝事故两例 •设计原因引起的框架结构裂缝事故四例 •其他原因引起的框架结构裂损事故 •思考题与习题
12.2
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
一. 黏土地基膨胀导致桩身倾斜引起的结构裂缝事故
12.7
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
(2) 框架出现整体变形的可能性一般是框架柱出现倾斜，使填充墙的一侧 边受到挤压力，上框架梁出现荷载条件下的正常挠曲变形，使填充墙墙 顶的跨中1/2区域范围内受到垂直压力，而墙顶的两个角区附近出现上拔 力(由墙顶黏着力产生)；下框架梁(或地基梁)则出现上凸挠曲变形，填充 墙的底部为了与地基梁的变形协调，则必在墙上产生与主拉应力相适应 的倒八字型裂缝。墙底部分的倒八字型裂缝与由墙顶的垂直压力(重力)或 向上拔力和墙侧柱身传来的水平挤压力合成的主拉应力引起的裂缝组合 以后，就必然形成墙面的之字型裂缝或树枝状裂缝。如图12.2所示。
12.5
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
2. 裂缝现状 (1) 主体竣工时，并未发现肉眼可见的任何结构裂缝； (2) 工程进入装修阶段后，前后楼同时出现结构裂缝现象。 ① 前楼结构裂缝出现在楼板的支座线附近，裂缝走向与支座(主框架 梁)平行，缝宽在0.2mm以上，肉眼可见。 ② 前楼二、三层卫生间漏水现象严重，根本无法投入使用。 ③ 后楼以墙面裂缝最为突出，东西山墙面上出现罕见的之字型裂缝 和分枝状裂缝。每条裂缝蜿蜒曲折，长达数米。裂缝深度从面砖灰 缝表皮一直贯通到墙体深部。 ④ 除山墙外，其他内外墙面均可见到裂缝，但以底层裂缝最为严重。 ⑤ 由于结构裂缝和楼屋面渗漏现象严重，在建成以后一段时期，不 敢投入教学使用。
教学提示：框架结构是当前覆盖面最广、使用量最大的一种结构形式，其设计技术与施工 工艺都比较复杂，因此其事故率也最高，事故分析与处理的难度也最大。建议在教学中作 为重点内容来关注。 教学要求：九起事故实例是近年来在国内工程学术界受关注较多、争论较多的实例，建议 引导学生从争论中提高认识，从反面意见中拓宽思路。
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第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
8×7000=56000
13800
15000
17900
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4 (12×7000+600)=84600
2000
图12.1 教学综合楼结构平面图
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注：1. 框架柱；2. 纵梁；3. 伸缩缝；4. 框架梁。
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
(2) 黏土：由褐色到褐红色，局部夹细砂，发育较完整，土质较均匀， 平均厚度约6m。 (3) 砂质黏土：以细、中砂为主要成分，层厚1.5m～2.5m，由褐色到 红色；中实，饱和，可塑；含氧化铁成分。 (4) 黏土夹漂石。红色，厚度不均，最大厚度为5m。 (5) 第三系风化岩，褐红色，较完整。 3) 施工概况 (1) 人工挖孔桩由专门队伍负责施工，按规范操作，质量监控正规， 检测工作到位，竣工验收合格。 (2) 虽然没有完整的施工组织设计，且施工过程中发生过塔吊操作失 误，行车塌落伤人等重大事故，也出现过拆模过早的现象。但是框架 梁、柱和楼、屋面板等主体构件的混凝土强度等级均达到或超过设计 强度，所用钢材材质的物理化学性能均符合规范要求，说明施工方面 不存在大问题。
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第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
3. 机理分析 1) 裂缝产生的特殊性 (1) 框架填充墙理论上并不受力，填充墙上出现奇异裂缝，必然是框架 梁、柱出现整体变形，迫使框架节点出现角变位，从而使填充墙受挤， 因此，必然存在奇特原因。 (2) 整体框架，尤其是设计安全水准偏高(按抗震设防)的框架，纵梁支 座和板支座附 近的负弯矩区，一般也由于塑性变形的影响，负弯矩值 比理论计算值偏低，不应在此处出现裂缝。之所以在这里出现裂缝， 也证明是框架出现整体变形所致，因此，必然存在特殊原因。 2) 裂缝合成的必然性 (1) 墙面上出现复杂产状的之字型裂缝和分叉形树枝状裂缝，必然有一 组与裂缝产状(裂缝方向)相对应的主拉应力存在。
随着时代的进展，砖石结构、竹木结构已逐渐退出历史舞台，纯钢结构独占超高层和大空 间领域，钢筋混凝土装配式结构和砖混结构则由于耐震能力低，整体安全性差，在使用范 围上受到限制。因此，整浇钢筋混凝土框架或刚架结构早已成为当今世界上使用面最大， 最受欢迎的一种建筑结构形式。 整浇钢筋混凝土框钢架结构的特点是，只凭模板、钢筋、水泥、砂、石等几样价格低廉、 资源丰富的材料，就能在施工现场按图塑造出各种复杂的结构型式。以技术含量不高的手 工作业工艺，凭完全露天作业的恶劣环境条件，施工质量自难有效控制，由于施工原因造 成的工程事故也就必多。对于各种体型复杂，规模偏大的现代建筑框架结构来说，由于其 构造复杂，功能多样，从力学平衡条件、变形协调条件到本构关系合理条件极难同时控制， 因此由于设计不合理原因形成的事故也就必多。同时，对于规模偏大，构造复杂的框架结 构来说，其负荷量大，对地基基础的要求也偏高，因此，由于地基基础原因引起的结构事 故也就必多。这就是钢筋混凝土框架或刚架结构事故率很高的原因。 框架结构虽有事故率高、裂缝多的特点，但它具有一定的延性，结构整体性好，往往在事 故面前能充分发挥裂而不倒的优势。现结合以下工程实例对框架结构裂缝进行如下分析。 12.1
1. 工程概况 1) 设计要点 兴建于20世纪90年代的某大学教学综合楼，建筑平面呈工字型，如图 12.1所示。前楼3层为阶梯形教室，后楼8层为教学综合楼，前后楼之 间用廊道连接，总建筑面积近10000m2，钢筋混凝土框架结构，设防 烈度为7度，抗震等级取3级。 2) 地质条件 地层构造如下： (1) 杂填土：由灰褐到褐红色，层厚0.1m～1.2m，由松软到中密，含有 植物根与建筑垃圾。
第十Leabharlann Baidu章 框架结构裂缝分析实例
本章内容
•地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例 •施工质量原因引起的框架结构裂缝事故两例 •设计原因引起的框架结构裂缝事故四例 •其他原因引起的框架结构裂损事故 •思考题与习题
12.2
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
一. 黏土地基膨胀导致桩身倾斜引起的结构裂缝事故
12.7
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
(2) 框架出现整体变形的可能性一般是框架柱出现倾斜，使填充墙的一侧 边受到挤压力，上框架梁出现荷载条件下的正常挠曲变形，使填充墙墙 顶的跨中1/2区域范围内受到垂直压力，而墙顶的两个角区附近出现上拔 力(由墙顶黏着力产生)；下框架梁(或地基梁)则出现上凸挠曲变形，填充 墙的底部为了与地基梁的变形协调，则必在墙上产生与主拉应力相适应 的倒八字型裂缝。墙底部分的倒八字型裂缝与由墙顶的垂直压力(重力)或 向上拔力和墙侧柱身传来的水平挤压力合成的主拉应力引起的裂缝组合 以后，就必然形成墙面的之字型裂缝或树枝状裂缝。如图12.2所示。
12.5
第十二章 框架结构裂缝分析实例
地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例
2. 裂缝现状 (1) 主体竣工时，并未发现肉眼可见的任何结构裂缝； (2) 工程进入装修阶段后，前后楼同时出现结构裂缝现象。 ① 前楼结构裂缝出现在楼板的支座线附近，裂缝走向与支座(主框架 梁)平行，缝宽在0.2mm以上，肉眼可见。 ② 前楼二、三层卫生间漏水现象严重，根本无法投入使用。 ③ 后楼以墙面裂缝最为突出，东西山墙面上出现罕见的之字型裂缝 和分枝状裂缝。每条裂缝蜿蜒曲折，长达数米。裂缝深度从面砖灰 缝表皮一直贯通到墙体深部。 ④ 除山墙外，其他内外墙面均可见到裂缝，但以底层裂缝最为严重。 ⑤ 由于结构裂缝和楼屋面渗漏现象严重，在建成以后一段时期，不 敢投入教学使用。