十二框架结构裂缝分析实例课件.pptx

1、第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.1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。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

2、反面意见中拓宽思路。引导学生从争论中提高认识，从反面意见中拓宽思路。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，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。最受欢迎的一种建筑结构形式。整浇钢筋

3、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、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

4、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，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。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

5、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。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。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.2地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例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设计原因引起的框架结

6、构裂缝事故四例 其他原因引起的框架结构裂损事故其他原因引起的框架结构裂损事故 本章内容本章内容思考题与习题思考题与习题第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.3地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三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1. 工程概况1) 设计要点设计要点兴建于兴建于20世纪世纪90年代的某大学教学综合楼，建筑平面呈工字型，如图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。前楼所示。前楼3层为阶梯形教室，后楼层为阶梯形教室，后楼8层为教学综合楼，前后楼之层为教学综合楼，前后楼之间用廊道连接，

7、总建筑面积近间用廊道连接，总建筑面积近10000m2，钢筋混凝土框架结构，设防，钢筋混凝土框架结构，设防烈度为烈度为7度，抗震等级取度，抗震等级取3级。级。2) 地质条件地质条件地层构造如下：地层构造如下：(1) 杂填土：由灰褐到褐红色，层厚杂填土：由灰褐到褐红色，层厚0.1m1.2m，由松软到中密，含有，由松软到中密，含有植物根与建筑垃圾。植物根与建筑垃圾。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.4地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例 17900 1 2 3 4 15000 13800 (127000+600)=84600

8、2000 2000 87000=56000 图12.1 教学综合楼结构平面图注：注：1. 框架柱；框架柱；2. 纵梁；纵梁；3. 伸缩缝；伸缩缝；4. 框架梁。框架梁。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.5地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三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，黏土：由褐色到褐红色，局部夹细砂，发育较完整，土质较均匀，平均厚度约平均厚度约6m。(3) 砂质黏土：以细、中砂为主要成分，层厚砂质黏土：以细、中砂为主要成分，层厚1.5m2.5m，由褐色到，由褐色到红色；中实，饱和，可

9、塑；含氧化铁成分。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。第三系风化岩，褐红色，较完整。3) 施工概况施工概况(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，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。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。但是框架误，行车

10、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。不存在大问题。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.6地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三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；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

11、后，前后楼同时出现结构裂缝现象。工程进入装修阶段后，前后楼同时出现结构裂缝现象。 前楼结构裂缝出现在楼板的支座线附近，裂缝走向与支座前楼结构裂缝出现在楼板的支座线附近，裂缝走向与支座(主框架主框架梁梁)平行，缝宽在平行，缝宽在0.2mm以上，肉眼可见。以上，肉眼可见。 前楼二、三层卫生间漏水现象严重，根本无法投入使用。前楼二、三层卫生间漏水现象严重，根本无法投入使用。 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

12、缝表皮一直贯通到墙体深部。缝表皮一直贯通到墙体深部。 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。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。 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。敢投入教学使用。第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.7地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例3. 机理分析机理分析1) 裂缝产生的特殊性裂缝产生的特殊性(1) 框架填充墙理论上并不受力，填充墙上出现奇异裂缝，必然是框架框架填充墙理论

13、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，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。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整体框架，尤其是设计安全水准偏高(按抗震设防按抗震设防)的框架，纵梁支的框架，纵梁支座和板支座附座和板支座附 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，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

14、体变形所致，因此，必然存在特殊原因。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组与裂缝产状(裂缝方向裂缝方向)相对应的主拉应力存在。相对应的主拉应力存在。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.8地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三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，使填充墙的一侧框架出现整体变形的可能性一般是框架柱出现倾斜，

15、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(由墙顶黏着力产生由墙顶黏着力产生)；下框架梁；下框架梁(或地基梁或地基梁)则出现上凸挠曲变形，填充墙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八字型裂缝。墙底部分的倒

16、八字型裂缝与由墙顶的垂直压力(重力重力)或向上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，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。所示。 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 8 7 6 3 3 3 7 7 2 4 3 7 3 5 5 3 2 6 2 图12.2 填充墙上的之字型裂缝与树枝状裂缝合成图注：注：1. 地基梁上凸变形引起的填充墙上倒八字型地基梁上凸变形引起的填充墙上倒八字型裂缝；裂缝；2. 2上部框架梁变形和重力对墙顶产生的上

17、部框架梁变形和重力对墙顶产生的压压(拉拉)力；力；3. 柱身倾斜对墙身产生的侧向挤压力；柱身倾斜对墙身产生的侧向挤压力；4. 墙顶下压力与侧挤力合成的主拉应力；墙顶下压力与侧挤力合成的主拉应力；5. 墙顶上拔力与侧挤力合成的主拉应力；墙顶上拔力与侧挤力合成的主拉应力；6. 主拉主拉应力应力4产生的倾斜裂缝；产生的倾斜裂缝；7. 主拉应力主拉应力5产产生的倾斜裂缝；生的倾斜裂缝；667711之字形或树枝之字形或树枝状裂缝合成；状裂缝合成；8. 框架柱倾斜方向。框架柱倾斜方向。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.9地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引

18、起的框架结构裂缝事故三例 框架柱出现倾斜变形后，主框架梁身亦出现向一侧倾斜，因而使一框架柱出现倾斜变形后，主框架梁身亦出现向一侧倾斜，因而使一侧的楼板面有下抑趋势，板支座附近的负弯矩值衰减，而另一侧的板侧的楼板面有下抑趋势，板支座附近的负弯矩值衰减，而另一侧的板面有上翘趋势，板面负弯矩值激增，从而使裂缝首先在这里出现，裂面有上翘趋势，板面负弯矩值激增，从而使裂缝首先在这里出现，裂缝走向与主框架梁平行，如图缝走向与主框架梁平行，如图12.3所示。所示。 1 2 3 2 5 5 1 4 5 5 A 9 8 4 3 A A A 2 1 6 7 9 5 杂 填 土 滞 水 层 黏 土 层 含 水 层

19、含 水 层 (a)结 构 平 面 ( b ) 柱a-a 剖 面 图12.3 板支座附近的顺主框架梁方向裂缝形成图注：注：1. 框架柱；框架柱；2. 主框架梁；主框架梁；3. 纵梁（连梁）；纵梁（连梁）；4. 楼板面；楼板面；5. 板面顺梁裂缝；板面顺梁裂缝；6. 挖孔桩及承台；挖孔桩及承台；7. 黏土层膨胀压力；黏土层膨胀压力；8. 框架柱倾斜方向；框架柱倾斜方向；9. 楼板下抑与上翘趋势。楼板下抑与上翘趋势。第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.10地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例4. 原因认定从以上的结构裂缝机理分析认

20、定了墙面裂缝和板面裂缝的原因是由于框从以上的结构裂缝机理分析认定了墙面裂缝和板面裂缝的原因是由于框架出现倾斜变形，既然如此那就必须再找出框架柱出现倾斜变形的原因。架出现倾斜变形，既然如此那就必须再找出框架柱出现倾斜变形的原因。(1) 从工程地质条件可以认定，第三系红黏土必然属于具有一定膨胀势从工程地质条件可以认定，第三系红黏土必然属于具有一定膨胀势能的膨胀土，能的膨胀土，6m厚的红黏土夹在上下两个含水层之间，一旦吸水膨胀，厚的红黏土夹在上下两个含水层之间，一旦吸水膨胀，必然会产生强大的各向异性的膨胀压力。必然会产生强大的各向异性的膨胀压力。(2) 人工挖孔桩的施工工艺是分段掘进人工挖孔桩的施工

21、工艺是分段掘进(下挖下挖)，分段浇筑薄层钢筋混凝土，分段浇筑薄层钢筋混凝土护壁，浇筑条件困难，混凝土施工缝多，必然形成钢筋混凝土挖孔桩桩护壁，浇筑条件困难，混凝土施工缝多，必然形成钢筋混凝土挖孔桩桩身与土体之间的输水通道，将上、下含水层中的水体输入黏土层，起到身与土体之间的输水通道，将上、下含水层中的水体输入黏土层，起到引引“狼狼”入室的作用。入室的作用。(3) 可以认定，红黏土吸水膨胀产生的膨胀压力就是导致人工挖孔桩桩可以认定，红黏土吸水膨胀产生的膨胀压力就是导致人工挖孔桩桩身和框架柱倾斜的唯一原因。身和框架柱倾斜的唯一原因。(4) 可以认定，填充墙墙面裂缝、楼屋面板上裂缝主要也是膨胀土地基

22、可以认定，填充墙墙面裂缝、楼屋面板上裂缝主要也是膨胀土地基的破坏作用引起，另外施工管理不善，施工质量方面也可能存在一些问的破坏作用引起，另外施工管理不善，施工质量方面也可能存在一些问题，但决不是引起墙面和板面裂缝的原因。题，但决不是引起墙面和板面裂缝的原因。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.11地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例5. 安全评估(1) 由于通过桩身周围的护壁输水并进入黏土层有一个缓由于通过桩身周围的护壁输水并进入黏土层有一个缓慢的时间过程，因此膨胀破坏作用的出现就要滞后很多。慢的时间过程，因此膨胀破坏作用

23、的出现就要滞后很多。所以结构裂缝现象往往出现在主体结构竣工以后一段较所以结构裂缝现象往往出现在主体结构竣工以后一段较长的时间内。长的时间内。(2) 桩周一定范围内的土体吸水、膨胀、并软化以后，会桩周一定范围内的土体吸水、膨胀、并软化以后，会成为一个不能传递膨胀压力的缓冲区，对桩身起了缓冲、成为一个不能传递膨胀压力的缓冲区，对桩身起了缓冲、保护作用。因此当桩与柱的倾斜变形和结构裂缝现象发保护作用。因此当桩与柱的倾斜变形和结构裂缝现象发展到一定程度后，就会稳定下来，不会无限度的发展下展到一定程度后，就会稳定下来，不会无限度的发展下去。如图去。如图12.4所示。所示。 第十二章第十二章 框架结构裂缝

24、分析实例框架结构裂缝分析实例 12.12地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例 5 1 A 2 4 5 3 2 1 A 4 3 2 3 4 5 2 1 3 4 AA 5 (a) 桩柱平抛面桩柱平抛面 (b) 桩柱竖剖面桩柱竖剖面图12.4 桩周黏土吸水膨胀机理注：注：1. 桩身；桩身；2. 护壁；护壁；3. 吸水软化区；吸水软化区；4. 膨胀势能释放区；膨胀势能释放区；5. 未吸水未吸水(稳定稳定)区。区。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.13地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例(3

25、) 在软化缓和区的外围，形成了一个膨胀势能释放区，膨胀压力会向在软化缓和区的外围，形成了一个膨胀势能释放区，膨胀压力会向外围，向下层土，尤其是向抵抗力最弱的上层覆盖土爆发，因此会对外围，向下层土，尤其是向抵抗力最弱的上层覆盖土爆发，因此会对底层地面引起长期的、持续的隆起破坏作用。底层地面引起长期的、持续的隆起破坏作用。二二. . 土质不均、沉降不均引起的框架结构裂缝事故土质不均、沉降不均引起的框架结构裂缝事故1. 典型案例一般框架结构都具有较大的抗地基不均匀沉降变形的能力，但某一般框架结构都具有较大的抗地基不均匀沉降变形的能力，但某8层框层框架住宅楼却于建成后几个月之内，即发展成为危房，楼屋面

26、板上、墙架住宅楼却于建成后几个月之内，即发展成为危房，楼屋面板上、墙面上、梁、柱、节点上，普遍出现了宽度在面上、梁、柱、节点上，普遍出现了宽度在0.3mm以上，长度在以上，长度在500mm5000mm之间的严重裂缝，使建筑面积为之间的严重裂缝，使建筑面积为5000m2的工程面临的工程面临报废的危险，这一事故实属罕见，可视为典型，也要从中吸取教训。报废的危险，这一事故实属罕见，可视为典型，也要从中吸取教训。2. 工程概况1) 地质条件地质条件建筑场地属于海相沉积的漫滩阶地，地质剖面为：建筑场地属于海相沉积的漫滩阶地，地质剖面为： 杂填土，厚杂填土，厚500mm； 中细砂，中细砂，Fk取取160k

27、Pa，Es取取6.1MPa，层厚，层厚10m，但层内，但层内夹有软弱透镜体；夹有软弱透镜体； 淤泥质土，淤泥质土，Fk取取 85kPa，层厚，层厚78m； 粉土粉土层，层，Fk取取200kPa，Es取取9.3MPa，构造稳定、深厚、未揭穿。，构造稳定、深厚、未揭穿。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.14地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例2) 2) 设计要点设计要点(1) (1) 以以500mm500mm厚，带厚，带60060010001000梁加强的筏板承重，以中细砂为持力层，筏底梁加强的筏板承重，以中细砂为持力层，筏

28、底埋深为埋深为2.5m2.5m；(2) (2) 以淤泥质土为下卧层，计算沉降量为以淤泥质土为下卧层，计算沉降量为26.39cm26.39cm，这结果还是可以接受的。，这结果还是可以接受的。设计地耐力设计地耐力P Pa a取取120kPa120kPa，显然其值并不高。，显然其值并不高。3) 3) 施工情况施工情况施工管理正常，资料保管齐全，原材料测试质量合格。施工管理正常，资料保管齐全，原材料测试质量合格。3. 裂缝现状(1) (1) 楼地板面裂缝共计楼地板面裂缝共计132132条，平均裂缝长度条，平均裂缝长度2.5m2.5m，最大裂缝长度，最大裂缝长度5m5m，有梁、，有梁、板裂缝贯通现象，裂

29、缝产状多样，有贯通裂缝、交叉裂缝、包角裂缝、对角板裂缝贯通现象，裂缝产状多样，有贯通裂缝、交叉裂缝、包角裂缝、对角线裂缝。线裂缝。(2) (2) 底层地面裂缝底层地面裂缝1515条，其中沿散水坡纵向贯通裂缝一条，长达条，其中沿散水坡纵向贯通裂缝一条，长达55m55m，柱脚为，柱脚为弧形裂缝。弧形裂缝。(3) (3) 墙面裂缝，沿窗角墙面裂缝，沿窗角1 18 8层垂直贯通的外墙面裂缝计层垂直贯通的外墙面裂缝计8 8条，与板面裂缝和梁条，与板面裂缝和梁上裂缝相呼应的内墙面裂缝尚未统计在内。上裂缝相呼应的内墙面裂缝尚未统计在内。(4) (4) 梁上裂缝，少数板面裂缝发展严重时，有梁面或梁底裂缝与之相

30、呼应。梁上裂缝，少数板面裂缝发展严重时，有梁面或梁底裂缝与之相呼应。(5) (5) 梁柱节点裂缝，共梁柱节点裂缝，共8 8处，为扭损裂缝。处，为扭损裂缝。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.15地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例4. 机理分析1) 填充墙裂缝机理填充墙裂缝机理框架梁、柱具有一定的刚度和抗变形能力，而填充墙则在理论上不受框架梁、柱具有一定的刚度和抗变形能力，而填充墙则在理论上不受力。因此填充墙上由于地基下沉引起的裂缝必与框架的角变形有关，力。因此填充墙上由于地基下沉引起的裂缝必与框架的角变形有关，裂缝的产状

31、和倾向也极有规律，如裂缝的产状和倾向也极有规律，如 图图12.5所示。所示。 1 2 3 4 4 4 1 2 3 5 5 6 6 6 6 4 4 4 3 2 4 3 2 1 4 4 4 4 4 4 4 图图12.5 填充墙上的裂缝机理图填充墙上的裂缝机理图 注：注：1. 挤压应力；挤压应力；2. 垂垂直压应力直压应力(重力重力)；3. 主拉主拉应力；应力；4. 墙面裂缝；墙面裂缝；5. 地基沉降曲线；地基沉降曲线；6. 整体整体变形趋势。变形趋势。第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.16地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例2

32、) 框架节点裂损机理框架节点裂损机理框架节点上出现的扭损裂缝机理表明，个别框架柱基础出现了过大的框架节点上出现的扭损裂缝机理表明，个别框架柱基础出现了过大的沉降量，底层地面出现环柱脚的弧形裂缝，也说明柱基可能出现了冲沉降量，底层地面出现环柱脚的弧形裂缝，也说明柱基可能出现了冲剪破坏。剪破坏。3) 板面复杂的裂缝机理和跨梁裂通的板面裂缝现象，以及沿散水坡出板面复杂的裂缝机理和跨梁裂通的板面裂缝现象，以及沿散水坡出现的通长裂缝都表明了建筑物除了出现不均匀下沉之外，还出现整体现的通长裂缝都表明了建筑物除了出现不均匀下沉之外，还出现整体下沉现象。下沉现象。5. 原因认定从结构裂缝机理得知裂缝原因出自地

33、基下沉，但从设计角度检查，实从结构裂缝机理得知裂缝原因出自地基下沉，但从设计角度检查，实不应该出现如此大的沉降量和沉降差，更不应出现如此严重、复杂的不应该出现如此大的沉降量和沉降差，更不应出现如此严重、复杂的损坏现象。经仔细研究，认为主要原因有三点：一是对砂层内夹存软损坏现象。经仔细研究，认为主要原因有三点：一是对砂层内夹存软弱透镜体的异常情况未予关注，透镜体如果处在柱脚的直下方时，完弱透镜体的异常情况未予关注，透镜体如果处在柱脚的直下方时，完全有可能被挤出，引起地基剪切破坏；二是施工进度太快，也是引起全有可能被挤出，引起地基剪切破坏；二是施工进度太快，也是引起地基剪切破坏或冲剪破坏的重要原因

34、；三是结构方案和构造设计不合地基剪切破坏或冲剪破坏的重要原因；三是结构方案和构造设计不合理，柱网错乱，不能构成规整的空间结构体系，整体刚度很差。理，柱网错乱，不能构成规整的空间结构体系，整体刚度很差。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.17地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例6. 风险评估(1) 按理来说，按理来说，30mm以下的计算沉降量并不是不可以接受的，全国大量以下的计算沉降量并不是不可以接受的，全国大量软土地基的平均沉降量都控制在软土地基的平均沉降量都控制在300mm左右，但这是要有前提条件的：左右，但这是要有前提

35、条件的：一是必须加强上部结构的抗变形能力；二是必须严格控制施工进度，让一是必须加强上部结构的抗变形能力；二是必须严格控制施工进度，让地基在负荷条件下有一个缓慢发展的稳定过程。地基在负荷条件下有一个缓慢发展的稳定过程。(2) 鉴于地基沉降现象尚未稳定，结构体系本来就存在先天性的缺憾，结鉴于地基沉降现象尚未稳定，结构体系本来就存在先天性的缺憾，结构裂缝普遍出现以后，已失去了整体性和抵抗力，判定该楼为危房。构裂缝普遍出现以后，已失去了整体性和抵抗力，判定该楼为危房。三三.由于结构平面复杂由地应力扩散和沉降量叠加引起的地基由于结构平面复杂由地应力扩散和沉降量叠加引起的地基不均匀沉降导致的框架结构裂缝事

36、故不均匀沉降导致的框架结构裂缝事故1. 典型案例如图如图12.6所示。某商业大厦为所示。某商业大厦为7层框架结构，建筑面积近层框架结构，建筑面积近12000m2，工程，工程地质条件和设计与施工方面均不存在突出问题。只因为建筑平面复杂，地质条件和设计与施工方面均不存在突出问题。只因为建筑平面复杂，由两个面积分别为由两个面积分别为53m18m和和30m18m的矩形夹一个的矩形夹一个4518m的扇的扇形组合而成，结果导致了严重的结构裂缝现象，最终被迫拆毁。其原因形组合而成，结果导致了严重的结构裂缝现象，最终被迫拆毁。其原因就是由于结构平面复杂，地应力扩散，沉降量叠加，引起了框架结构的就是由于结构平面

37、复杂，地应力扩散，沉降量叠加，引起了框架结构的严重裂缝。该工程问题比较突出，其中的经验与教训值得吸取。严重裂缝。该工程问题比较突出，其中的经验与教训值得吸取。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.18地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例图图12.6 某商业大厦结构平某商业大厦结构平面与角点沉降量计算面与角点沉降量计算 2. 工程概况1) 地质条件地质条件地质剖面如下：地质剖面如下：(1) 杂填土，杂填土，1m2m；(2) 粉细砂，粉细砂，5m6m，Fk取取170kPa，Es取取9MPa；(3) 淤泥质土，厚淤泥质土，厚11m

38、，Fk取取100kPa，Es取取3.36MPa；(4) 软黏土，厚软黏土，厚3m，Es取取9MPa；(5) 砂质黏土，厚砂质黏土，厚3m，Es取取5.7MPa，这层土以下即为深厚的硬质黏土。，这层土以下即为深厚的硬质黏土。第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.19地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例2) 设计要点：设计要点：(1) 设计采用加劲的筏板基础，并在设计前进行了广泛的工程调查，设计采用加劲的筏板基础，并在设计前进行了广泛的工程调查，发现该工程邻近地段发现该工程邻近地段6层以下工程，凡是采用天然地基筏板基础的，层以下工

39、程，凡是采用天然地基筏板基础的，均未出现过问题；而采用沉管灌注桩基础的，却因沉管穿透砂层遇均未出现过问题；而采用沉管灌注桩基础的，却因沉管穿透砂层遇到困难，以薄层粉沙为桩尖持力层可靠性也不是很高，因而频频出到困难，以薄层粉沙为桩尖持力层可靠性也不是很高，因而频频出现问题。现问题。(2) 结构设计是由设计院资深专家亲自把关完成。从基础设计到框架结构设计是由设计院资深专家亲自把关完成。从基础设计到框架梁板的断面与配筋均留有充分的安全储备。梁板的断面与配筋均留有充分的安全储备。3) 施工情况施工情况(1) 虽然施工单位的素质与质量水平和管理水平均不高，但在施工过虽然施工单位的素质与质量水平和管理水平

40、均不高，但在施工过程中均未发现明显的违规作业或偷工减料等现象。程中均未发现明显的违规作业或偷工减料等现象。(2) 主要建筑材料均有出厂证明和现场检测报告，混凝土试块和砂浆主要建筑材料均有出厂证明和现场检测报告，混凝土试块和砂浆试块均合格。试块均合格。第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.20地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例4) 裂缝现状裂缝现状(1) 纵轴方向内外填充墙上裂缝。从两端向中央扇形门厅处逐渐扩展，从纵轴方向内外填充墙上裂缝。从两端向中央扇形门厅处逐渐扩展，从底层向顶层逐层扩展，裂缝倾向呈正八字型对称；裂缝最大宽

41、度在底层向顶层逐层扩展，裂缝倾向呈正八字型对称；裂缝最大宽度在30mm以上。以上。(2) 横向填充墙上裂缝。从底层向顶层逐渐出现，裂缝倾向一边倒，即从横向填充墙上裂缝。从底层向顶层逐渐出现，裂缝倾向一边倒，即从临街面向后院一侧倾斜。临街面向后院一侧倾斜。 板面裂缝。从底向顶逐层出现，但以屋顶板裂缝最为严重，裂缝宽度板面裂缝。从底向顶逐层出现，但以屋顶板裂缝最为严重，裂缝宽度最大。最大。 梁上裂缝。梁底和梁顶面裂缝多数与楼板面裂缝和墙面裂缝相呼应，梁上裂缝。梁底和梁顶面裂缝多数与楼板面裂缝和墙面裂缝相呼应，梁底混凝土保护层已出现爆裂现象，说明结构裂缝与建筑物整体变形有梁底混凝土保护层已出现爆裂现

42、象，说明结构裂缝与建筑物整体变形有关，且已出现钢筋锈蚀现象。关，且已出现钢筋锈蚀现象。 框架节点混凝土碎裂。底层框架柱节点出现严重的混凝土酥裂现象，框架节点混凝土碎裂。底层框架柱节点出现严重的混凝土酥裂现象，柱身出现水平裂缝，柱面装饰砖碎损脱落：说明底层柱受到强大的扭折柱身出现水平裂缝，柱面装饰砖碎损脱落：说明底层柱受到强大的扭折力。力。 底层地面隆起，以中央扇形门厅处最为严重。上层楼面地砖亦有空鼓底层地面隆起，以中央扇形门厅处最为严重。上层楼面地砖亦有空鼓松动现象。松动现象。第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.21地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原

43、因引起的框架结构裂缝事故三例 门窗已严重扭变，无法开启。门窗已严重扭变，无法开启。 上下水管道扭断、错口。上下水管道扭断、错口。 扇形门厅口的大台阶显著下陷。扇形门厅口的大台阶显著下陷。(3) 原因认定。从以上裂缝情况看，不须作过细的裂缝机理分析，就完原因认定。从以上裂缝情况看，不须作过细的裂缝机理分析，就完全可以判定结构裂缝的原因是地基基础出现不均匀下降。但是在正常的全可以判定结构裂缝的原因是地基基础出现不均匀下降。但是在正常的工程地质和正常的施工条件下，偏于保守的结构设计，为什么会出现如工程地质和正常的施工条件下，偏于保守的结构设计，为什么会出现如此严重的地基下沉和结构变形？为了回答这一问

44、题，进行了沉降计算。此严重的地基下沉和结构变形？为了回答这一问题，进行了沉降计算。计算结果表明，两个矩形端角点的沉降量计算结果表明，两个矩形端角点的沉降量(未考虑两部分相互影响增加未考虑两部分相互影响增加的附加沉降量的附加沉降量)分别为分别为396mm与与372mm；而扇形门厅顶角点，即建筑物；而扇形门厅顶角点，即建筑物大阴角的叠加沉降量，也就是由两个矩形面积和一个扇形面积引起的叠大阴角的叠加沉降量，也就是由两个矩形面积和一个扇形面积引起的叠加沉降量加沉降量(亦未计算三者相互影响的附加沉降量亦未计算三者相互影响的附加沉降量)为为617mm820mm，两，两端阳角点与中间阴角点的沉降差不小于端阳

45、角点与中间阴角点的沉降差不小于250mm。由于屋顶水箱影响，建。由于屋顶水箱影响，建筑物的重心还与形心有筑物的重心还与形心有1258mm的偏离，如此大的沉降量和沉降差，如的偏离，如此大的沉降量和沉降差，如此大的偏心荷载，再加上出现倾斜以后的偏心力矩，三个因素同时作用此大的偏心荷载，再加上出现倾斜以后的偏心力矩，三个因素同时作用产生强大的扭曲应力是结构所无法承受的。产生强大的扭曲应力是结构所无法承受的。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.22地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例地基基础原因引起的框架结构裂缝事故三例或许有人要问周围那么多同类建筑，用的是同样的天然

46、地或许有人要问周围那么多同类建筑，用的是同样的天然地基筏板基础，甚至是条形基础，地耐力取值往往还高于本基筏板基础，甚至是条形基础，地耐力取值往往还高于本案例，却为什么能安全无恙？究其原因，就是商业大厦平案例，却为什么能安全无恙？究其原因，就是商业大厦平面图形的特殊性面图形的特殊性(如图如图12.6所示所示)。如果把拐角图形更换为。如果把拐角图形更换为规整的矩形，并且赋予上部结构均匀的刚度和较强的整体规整的矩形，并且赋予上部结构均匀的刚度和较强的整体性，再放慢施工进度，则即使出现较大的地基沉降，也是性，再放慢施工进度，则即使出现较大的地基沉降，也是均匀沉降，往往不会为人所察觉。更不致引起严重的结

47、构均匀沉降，往往不会为人所察觉。更不致引起严重的结构裂缝、整体变形和建筑物倾斜。只因为商业大厦的拐角平裂缝、整体变形和建筑物倾斜。只因为商业大厦的拐角平面图形的拐点处出现了严重的地基反力集中和地基沉降量面图形的拐点处出现了严重的地基反力集中和地基沉降量叠加现象。而上部结构的刚度均匀与整体性又因为拐角图叠加现象。而上部结构的刚度均匀与整体性又因为拐角图形而大打折扣，这就是事故的直接原因。形而大打折扣，这就是事故的直接原因。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.23施工质量原因引起的框架结构裂缝事故两例施工质量原因引起的框架结构裂缝事故两例 施工质量事故一般都由偶然出

48、现的人为过失引起，没有一定的规律性，施工质量事故一般都由偶然出现的人为过失引起，没有一定的规律性，也不存在普遍性，所以很少为工程学术界所关注并作为专题来进行研也不存在普遍性，所以很少为工程学术界所关注并作为专题来进行研究和报道。这里介绍的两个案例却属于例外，很有代表性，甚至得到究和报道。这里介绍的两个案例却属于例外，很有代表性，甚至得到了国家高层领导的关注，现作简要介绍如下：了国家高层领导的关注，现作简要介绍如下：一一. 某大酒店工程严重的施工质量事故某大酒店工程严重的施工质量事故1. 工程概况某大酒店工程建于南方一旅游城市，由某大酒店工程建于南方一旅游城市，由11层、层、9层、层、7层的三座

49、框架结层的三座框架结构塔楼和一层地下室与一层裙房共同组合而成，总建筑面积构塔楼和一层地下室与一层裙房共同组合而成，总建筑面积45000m2。主体结构完工并经有关管理部门组织验收以后，有一个缓建过程。在主体结构完工并经有关管理部门组织验收以后，有一个缓建过程。在复工续建时，从外表观察，发现工程质量欠佳。委托国家级权威质量复工续建时，从外表观察，发现工程质量欠佳。委托国家级权威质量检测单位进行了全面的、细致的质量检测与安全评估，发现了问题的检测单位进行了全面的、细致的质量检测与安全评估，发现了问题的严重性。后经过加固处理，历时一年多，所花费的资金在严重性。后经过加固处理，历时一年多，所花费的资金在

50、200万元万元(人人民币民币)以上，值得引以以上，值得引以 为戒。为戒。 第十二章第十二章 框架结构裂缝分析实例框架结构裂缝分析实例 12.24施工质量原因引起的框架结构裂缝事故两例施工质量原因引起的框架结构裂缝事故两例 2. 施工质量质量检测与鉴定工作中所暴露的有关施工质量问题包括以下几个方质量检测与鉴定工作中所暴露的有关施工质量问题包括以下几个方面：面：1) 外观质量问题外观质量问题分两个方面，第一方面是线位偏差，包括中线偏差和垂直度偏差，分两个方面，第一方面是线位偏差，包括中线偏差和垂直度偏差，尤其是框架柱的垂直度偏斜最为严重：尤其是框架柱的垂直度偏斜最为严重：(1) A座座(11层塔楼