第四章 混凝土结构

• 【例４-３】 某二层礼堂框架结构，下层为车库，上 层为礼堂，两边２．２ｍ走廊，外围砖墙，计算简图取 为内框架计算。施工时先施工框架部分后砌外围墙，砖 墙难以顶紧梁底，使框架外伸梁变为悬臂梁，强度和刚 度都不足，在外伸表梁根部出现较大裂缝。 • （３）计算错误、构造不当引起的变形开裂。随意简化 计算，造成误差太大；或由于粗心大意漏算荷载；或由 于新型材料、新型结构没有现成计算方法而套用其他差 别很大的计算方法，或遇振动、稳定等问题，力学分析 过于复杂，又没有实验数据而进行设计等酿成工程质量 事故。 • 在钢筋混凝土构件配筋计算中，有许多细节问题不是通 过计算确定，而在构造要求中来体现。但是，由于一些 人员对构造要求不熟悉或不重视，因而引起质量事故和 裂缝。
• 【例４４】 某教学大楼，三层混合结构，在教学 楼板中，凡是纵横墙交接处板角均有呈４５°弧线裂缝。 而主次梁交接处未发现裂缝，其主要原因是纵横墙压着 楼板，受力复杂，没有足够的构造筋所致。 • （４）构件刚度不足引起开裂。钢筋混凝土构件的变形 与裂缝有着一定关系，结构过大的变形，可产生对应的 裂缝，过大的裂缝又可扩大结构的变形。设计时应满足 构件的刚度要求。 • （５）结构次应力引起的裂缝。进行建筑结构设计时， 房屋的实际工作状态与计算模型有一定的出入，当设计 时没有进一步考虑其影响，即只考虑结构的主要应力， 不计算次要应力，因而导致结构产生裂缝。 • （６）设计未考虑施工方法引起开裂。设计计算时应考 虑施工时结构的受力情况，否则施工过程中结构可能产 生损坏。
• 【例４-５】 某住宅采用现浇钢筋混凝土剪力 墙结构，工程主体２６层和地下室２层，总建筑 面积３６５００ｍ２，平面尺寸１５６００ｍｍ ×５９４００ｍｍ，为一类建筑工程。主体结构 验收时发现现浇楼板多处有贯通裂缝：楼层四角 ４５°斜向裂缝，裂缝上大下小；板跨中、支座 处沿楼板纵横裂缝。经统计发现贯通裂缝８０条， 裂缝长度５０～１６０ｃｍ，裂缝宽度０．１ ８～０．４１ｍｍ。其中０．１８～０．３０ｍ ｍ的裂缝６８条，大于０．３ｍｍ的裂缝１２条。 有裂缝楼板１２９块。经验算，产生裂缝的原因 是由于在设计时忽略模板支架拆除时楼板承载力 的验算，楼板承载力不足以承担 上层楼板通过模板支撑传递下来的荷载而产生的 裂缝。
• ４）地基不均匀沉降裂缝 地基不均匀沉降裂缝的产生是由于结构地基土质 不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀 沉降所致。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其 走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈３ ０°～４５°角方向发展。较大的地基不均匀 沉降裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与 沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响 较小。地基变形稳定之后，裂缝也基本趋于稳定。 地基沉降引起上部结构裂缝有一定规律的，裂缝 的位置和分布情况与沉降曲线密切相关。图 • ４-２为混合结构坐落在地基呈微凹形沉降曲线 上的斜裂缝。图４-３为某框架结构边柱坐落在 局部坏土上，引起各柱沉降差而出现的框架梁柱 裂缝。
• （一）裂缝原因 引起裂缝（见图４-1）的原因很多，可归结成两 大类：第一类，由外荷载引起的裂缝，也称为结 构性裂缝、受力裂缝；其裂缝与荷载相应，预示 结构承载力可能不足或存在严重问题。第二类， 由变形引起的裂缝，也称非结构性裂缝，如温度 变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等因素引起 的变形。 • 两类裂缝有明显的区别，危害效果也不相同，有 时两类裂缝融在一起。根据调查资料表明：两类 裂缝中，变形引起或以变形为主引起的裂缝占主 导，约占结
• ３）温度裂缝 钢筋混凝土结构随温度变化产生的变形在受到约束时， 在混凝土内部产生应力，当应力超过混凝土的抗拉强度， 混凝土即会出现裂缝，此裂缝称为温度裂缝。混凝土温 度裂缝有以下特点： （１）裂缝发生在板上时，多为贯穿裂缝；发生在梁上 时，多为表面裂缝。 （２）梁板式结构或长度较大的结构，裂缝多是平行于 短边。 （３）大面积结构，裂缝多是纵横交错。 （４）裂缝宽度大小不一，一般在０．５ｍｍ以下，且 沿结构全长没有多大变化。 （５）裂缝宽度受温度变化影响较明显，冬季较宽，夏 季较细。 （６）大多数温度裂缝沿结构截面高度呈上宽下窄状， 但个别亦有下宽上窄情况。遇上下边缘区配筋较多的结 构，有时亦出现中间宽、两端窄的菱形裂缝。 （７）裂缝发生前会发出断弦、断索似的声音。
• 第二节
混凝土工程质量事故
• 混凝土工程质量事故常见的有以下几类：①混凝 土裂缝；②混凝土强度不足；③混凝土缺陷；④ 构件错位、变形等。 • （一）混凝土事故的原因分析造成混凝土工程质 量事故的原因有：原材料问题、混凝土配合比问 题、施工工艺问题、施工管理问题、使用不当等。 • 【例４-１】 中南地区某厂，跨度为１１．６ ３ｍ的大梁，在拆模时即行垮塌，主要因是混凝 土的配合比不合格，拌和不均匀，振捣不密实， 设计要求混凝土为８，而实际施工只达到Ｃ ５．５。
• １．非结构裂缝产生的原因 １）塑性裂缝 混凝土浇灌好后开始逐渐凝聚，由流体逐渐变为塑态，然后硬化 变为固态，在塑态阶段产生的裂缝通称为塑性裂缝，是各类现浇 钢筋混凝土结构中，经常发现的一种早期裂缝。其主要有如下两 种原因产生的： • （１）混凝土骨料沉落裂缝。混凝土浇筑时，在振动器和重力作 用下，水泥浆上升，骨料开始下沉，骨料沉落过程若受钢筋、预 埋件及模板表面的阻力，或两部件沉落不同而产生的一种裂缝。 这种裂缝大多出现在混凝土浇筑后０．５～３ｈ之间。这种裂缝 沿着梁上面或楼板上面钢筋位置出现，裂缝深度通常达到钢筋表 面，或在侧模板移动上表面，或在结构的变截面处、梁板交接处、 梁柱交接处及板肋交接处的表面，深度一般不超过２０～２５ｍ ｍ。 • （２）塑性收缩裂缝。混凝土仍处于塑性状态时，由于混凝土表 面水分蒸发过快而产生的裂缝。这类裂缝均在表面出现，形状不 规则多在横向，长短不一，约在５０～７５０ｍｍ之间，间距约 在５０～９０ｍｍ之间，又称为龟裂，类似干燥的泥浆面的裂缝。
• （７）预制构件连接开裂。预预构件的裂缝多出 现在构件连接处。主要是切口、托座的配筋构造 不当，构件间支承不当，温度收缩开裂等。 • （８）后张法张拉预应力开裂。后张预应力结构 是在混凝土浇筑养护后再张拉预应力筋。此时结 构应能承受张拉预应力所产生的力。如果不进行 仔细的考虑和验算，可能发生事故。
• （二）混凝土裂缝产生的原因、性质鉴别及处理方法 混凝土裂缝是一个很普遍的现象，研究结果与大量工程 实践都说明混凝土结构的裂缝是不可避免的，对于普通 钢筋混凝土受弯构件，在荷载达到３０％～４０％的设 计荷载时，就可能开裂。因此，在钢筋混凝土设计计算 理论中，除对裂缝有严格要求的构件外，一般构件，如 受弯构件，是允许带裂缝工作的。事实上常见的一些裂 缝，如温度收缩裂缝、混凝土受拉区宽度不大的裂缝等， 一般都不危及建筑结构安全。因此，混凝土裂缝并非都 是事故，也并非均需处理。但过宽的裂缝对结构有较大 危害，所以，过宽的裂缝要进行处理。 • 对于裂缝事故处理必须从形成裂缝的原因、性质、危害 的分析与鉴别着手。分清裂缝是否需要处理的界限，正 确掌握处理原则，合理选择处理的方法和时间，这些都 是处理混凝土裂缝事故的关键。
• ２）收缩裂缝 混凝土凝固过程中，多余水分蒸发，体积缩小称 为干缩。同时，水泥和水起水化作用逐渐硬化而 形成水泥骨料不断紧密而体积缩小，称为凝缩 （也称自收缩）。干缩和凝缩总称为收缩。收缩 以干缩为主。收缩裂缝发生在混凝土面层上，裂 缝浅而细，宽度多在０．０５～０．２ｍｍ之间。 对于梁、板类构件，多沿短方向，均匀分布于相 邻的两根钢筋之间并与钢筋平行。大体积混凝土 在平面部位较为多见，侧面也常出现，预制构件 多发生在箍筋位置上。对于高度较大的钢筋混凝 土梁，由于腰筋放得过稀，在腰部产生竖向裂缝， 且多集中在构件中部，中间宽两头细，至梁的上 缘及下缘附近逐渐消失，梁底一般没有裂缝。
• ５）施工缝处理不当引起的裂缝 浇灌钢筋混凝土结构时，由于条件限制，不能连 续浇灌，在新旧混凝土间形成一条接缝，称为施 工缝。施工缝位置不当或对施工缝的处理不当， 往往在收缩或受力变形后呈现裂缝，见图４-４。
• ２．结构性裂缝产生的原因 结构性裂缝是由荷载引起的，其裂缝与荷载相对应，是 承载力不足的结果，其裂缝形式有多种多样，主要原因 如下： • １）设计原因为主的裂缝 • （１）钢筋锚固长度不够产生的裂缝。受拉钢筋必须有 足够的锚固长度，否则会产生钢筋滑移裂缝，钢筋得不 到充分利用。 • （２）计算简图与实际受力不符引起的开裂。要进行房 屋结构设计，首先要根据结构的实际受力状态进行抽象 和简化，得出计算简图，然后才能进行计算。选定结构 和计算简图时，一方面要反映结构的工作情况，从实际 出发，分清主次，得出合理的计算简图；另一方面，在 选定计算简图后，还应采取适当的构造措施，使所设计 的结构体现出计算简图的要求。若计算简图选取不当， 就会引起结构事故。
第四章 混凝土事故
１掌握混凝土工程、钢筋工程、模板工程、装配 工程、局部倒塌事故的一般规律和常见的处理方法； ２清楚钢筋混凝土事故的发生所产生的巨大损失 和严重后果； ３基本了解常用的钢筋混凝土结构的加固方法。
第一节
概
述
• 在我国发生的建筑工程的质量事故中，钢筋混凝 土结构占了主要的部分。据有关资料显示，从１ ９５８事故中，钢筋混凝土结构发生倒塌事故的 比例为３５．７年到１９８７年间发生过的建筑 工程倒塌％。近年来，钢筋混凝土结构倒塌事事 故已不多见，但根据对建设部通报的从２００３ 年到２００６年上半年中发生的三级以上事故的 不完全统计，钢筋混凝土事故约占４０％左右。 这一比例是惊人的。 • 钢筋混凝土工程质量事故可以分为混凝土工程质 量事故、钢筋工程质量事故、模板工程质量事故、 装配工程质量事故、局部倒塌质量事故等。
• 【例４-２】 某高层住宅楼于１９９８年１０ 月１５日开工建设，地下室框架柱、剪力的混凝 土设计强度Ｃ４０，浇筑后发现地下室框架柱、 剪力墙留置７组试件中有５件仅达到设计强度的 ７１％～８２％，混凝土评定为不合格，对地下 室结构随机抽取３个构件进行检测，发现混凝土 构件强度平均为３２．６９ＭＰａ，最小仅８Ｍ Ｐａ。 • 经认真分析调查，认为可能出于如下原因： （１）混凝土生产用水泥质量不合格。 （２）误用了低强度混凝土。 • （３）混凝土配合比不严格。 （４）外加剂使用不当。 （５）计量不准确。
• ２）施工原因为主的裂缝 • （１）钢筋配置位置不当的裂缝。在钢筋混凝土 结构中，钢筋配置位置是否正确，直接关系到结 构的强度、刚度和裂缝的宽度，钢筋位置不正确 时，不但使构件的承载能力降低，变形增加，而 且会大大增加裂缝的宽度，严重的还会使梁、板 有折断的危险。 • （２）模板不善引起的裂缝。例如，模板过干、 混凝土初Leabharlann Baidu受振、模板标高调整引起的裂缝、模 板下陷引起的裂缝、支模方法不对引起的裂缝、 模板尺寸错误、支模不牢、模板歪斜、滑模工艺 不当等。
• （５）施工质量粗糙低劣引起的裂缝。例如，混凝土配 合比不良、浇筑顺序不当、浇筑方法不当、浇筑速度过 快、保护层太厚或太薄、早期受冻、早期受振、过早 加载、养护差、构件吊装工艺不当等，都会引起结构的 裂缝甚至造成建筑的倒塌事故。
• 【例４-６】 某私人住宅楼为３层内框架结构， 于１９９７年竣工，住户在使用过程中发现部分 框架梁出现裂缝。通过现场勘察，发现梁的裂缝 均出现于梁的两端，为约４５°的斜裂缝，斜裂 缝均为贯穿性裂缝，且混凝土的质量较差。通过 对部分梁的混凝土取芯试压和回弹检测，平均强 度等级为Ｃ１５，最低强度等级约Ｃ１２，而图 纸设计混凝土强度等级为Ｃ２０，混凝土的实际 强度与设计强度相差较大。由于混凝土强度低， 经过复算，梁处于超筋状态，属脆性破坏裂缝， 应立即予以加固。
• （３）原材料问题引起的裂缝。例如，水泥安定性不合 格、水泥养护不当、砂石级配太差、砂石含泥量大、使 用了反应性骨料、不适当地掺入了氯盐等。
• （４）施工超载引起的裂缝。施工期间在楼层上堆放材 料、机具等，有时超过设计允许范围，尤其施工尚未完 毕，混凝土强度偏低，各构件间连接尚未完全形成，一 旦超载，轻者使建好的构件出现裂缝，重者可能倒塌。