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1、混凝土框架结构厂房质量检测及加固处理 摘要:本文结合工程实例,通过对某层混凝土框架结构厂房裂缝进行的现场勘查与检测,分析了其形成的原因,确定了其危害程度,给出了鉴定结论,并提出了相应的处理措施。 关键词:混凝土框架结构;质量检测;结构加固 1工程概况 某厂房为4 层混凝土框架结构,“L” 形不规则平面,现浇混凝土楼面,南北、东西柱间距均为10 m,梁、板、柱混凝土设计强度为C25,总建筑面积约为7 600 m2,基础为柱下独立基础,基础埋深-2.0 m。结构平面详见图1 所示。该工程建成于2007 年,在使用过程中发现楼板、混凝土梁出现大范围、不同程度的裂缝,为避免发生安全事故,了解该结构的安
2、全性能,受业主委托,检测部门对该工程裂缝进行了检测。 图1 结构平面布置示意图 2现场勘查与检测 该工程资料匮乏, 业主无法提供完整的设计施工图纸(仅提供部分图纸资料)、地质勘察报告、设计变更、施工及验收资料以及其它施工记录,通过现场勘查,走访相关施工人员,对厂房进行了全面的勘察和检测(包括对裂缝进行了全面的普查及检测;对结构进行了整体倾斜测量:混凝土强度测试、混凝土构件的钢筋数量、保护层厚度等;核对构件截面尺寸,并对多处混凝土构件钢筋进行开凿验证;采用钻孔及钻芯相结合的方法对楼板的厚度进行了测量)。 2.1 平面布置及构造配筋检测 通过留存的部分资料显示,该工程套用其它工程图纸,原设计为50
3、 m50 m 方形平面,轴间距为8.0 m,施工方私自变更为“L”形平面,轴间距变更为10.0 m,但构造措施、截面尺寸及配筋不变。通过HILITPS200 钢筋位置测定仪及开凿验证的方法,测定检查配筋数量、钢筋直径以及保护层厚度。纵向受力钢筋直径、数量均与图纸一致;板负弯矩钢筋保护层厚度为24 mm44 mm,超国家规范1限值。抽测梁柱端部节点、梁与梁相交节点处箍筋未加密或加密区长度严 重不符合规范要求。 2.2 基础检测 现场对局部基础进行了开挖, 该工程混凝土柱采用柱下独立基础,截面尺寸均与原设计一致。整体结构没有明显的沉降裂缝和倾斜, 现场状况良好, 整体倾斜允许值满足建筑地基基础设计
4、规范GB50007-2002 的相关要求。 2.3 裂缝检测 该工程混凝土裂缝主要集中于框架梁、混凝土楼板,且开裂严重,框架柱未见存在明显裂缝。板裂缝主要形式为45楼板斜裂缝;混凝土楼板与梁交接处,分布于梁两侧,平行于梁跨度方向直裂缝; 距离混凝土梁0.65 m1.2 m范围内或位于楼板跨中,平行于混凝土梁跨度方向直裂缝。现场对局部楼板钻孔、表面粉刷层凿除发现,多数混凝土楼板板面存在裂缝,局部裂缝贯穿,裂缝宽度约0.2 mm1.0 mm之间。24 层多数框架梁存在斜向裂缝,中间宽,两头细,呈枣核形,主要集中于梁柱端部节点、梁与梁相交节点附近。局部框架梁斜裂缝两侧对称分布,斜裂缝宽度为0.18
5、mm0.9 mm。楼面梁裂缝形态图2图3 所示,局部构件裂缝实景详见图4图6 所示。 图2 楼面梁裂缝形态示意图示例(2 层框架梁5/A-C) 图3 楼面梁裂缝形态示意图示例(2 层框架梁4-5/(1/A)) (a)楼面梁裂缝实景一 (b)楼面梁裂缝实景二 图4 楼面梁裂缝 (a)楼面板裂缝实景一(b)楼面板裂缝实景二 图5 楼面板裂缝 (a)楼板裂缝处芯样实景一 (b)楼板裂缝处芯样实景二 图6 楼板裂缝处芯样 2.4 混凝土强度检测 按照现行国家有关标准2,对主体结构混凝土强度采用钻孔取芯法进行强度检测,分别于框架柱、梁、板钻取了24颗混凝土芯样。混凝土芯样中含沙量较大,骨料以大粒径石子为
6、主,不含钢筋,外观质量较差,高径比于0.991.03 之间。所取混凝土芯样在室内自然干燥3 d 后,根据规范要求对芯样进行加工,对混凝土芯样进行抗压强度试验,混凝土强度推定值见表1。 表1混凝土强度推定结果/MPa 试验结果显示混凝土强度普遍较低,离散性大,均未达到原有设计强度C25 的要求,实测混凝土强度为C13C20之间。 2.5 楼板厚度检测 楼板浇筑质量较差,厚薄不均,且差异明显,楼板厚度最薄处90 mm,最厚处为110 mm(设计值为110 mm),平均厚度为108 mm。 3结构承载力计算 根据国家相关规范134, 采用中国建筑科学研究院SATWE8 结构软件对厂房上部结构进行荷载
7、组合下验算,未考虑地震作用, 雪荷载取0.4 kN/m2, 活荷载取值为4.0 kN/m2,混凝土梁、柱截面尺寸按实测值,楼板按平均厚度108 mm 考虑, 混凝土构件抗压强度标准值取fcu,k=15 MPa,计算结果显示,13 层框架柱、2、3 层框架梁以及楼面板均存在承载力不足。各层结构构件抗力与荷载效应比小于0.95,百分比统计见表2 所示。 表2结构构件抗力与荷载效应比统计 4鉴定结论 根据检测结果, 梁构件裂缝为构件承载力不足引起的裂缝;楼板支座处负弯矩承载力不足,裂缝宽度超规范允许值(允许裂缝最大宽度0.3 mm),已影响使用功能,必须对裂缝采取处理措施。 根据检测结果和计算符合,
8、 混凝土强度远低于规范及设计要求,构件配筋严重不足,多数构件的抗弯、抗剪承载力严重不足,构造措施不完备,存在安全隐患,须进行加固处理方可保证结构安全使用。 5裂缝原因分析 综上所述,通过数据的分析、整理,裂缝产生的原因有如下几点: (1)楼板型板角斜裂缝产生原因:一方面由于斜裂缝处负弯矩钢筋施工时被踩踏, 不能使钢筋按原有设计发挥作用,起不到应有的限制作用;另一方面,混凝土抗拉强度偏低,楼板厚度厚薄不均匀,楼板混凝土的自由收缩受到周边框架的约束, 板角区域出现了超过混凝土抗拉强度的主拉应力,并达到混凝土极限拉应变值。 (2)楼板、型沿梁裂缝产生原因主要是施工组织不当,使原设计的负弯矩筋压卧,楼
9、板支座处截面有效高度降低。负弯矩钢筋不能承担楼板支座处负弯矩的作用,外加混凝土墙强度偏低,抗拉强度较差,由于混凝土收缩变形,相应部位产生的主拉应力的合力超过混凝土抗拉强度, 从而使楼板支座处产生裂缝。 (3)框架梁的裂缝产生的主要原因为混凝土强度低,配筋不足、构造措施不完善等。 6加固处理措施 由于梁板均存在受力裂缝,影响结构安全,本工程若想继续使用,梁、板、柱作为主要受力构件,故应对其进行全方位的加固处理。考虑到该工程实际混凝土强度偏低,柱轴压比不足,梁主筋及箍筋配筋不足,采用以下方法进行加固:对混凝土柱采用扩大截面法进行加固; 采用槽钢和钢筋将现有框架梁截面高度适当增大,且对裂缝进行封闭处
10、理;采用叠合板加固法对楼板进行加固。 6.1 柱加固 根据1、2、3 层框架柱承载力不足的情况, 设计时充分考虑新增部分与原构件应变滞后问题, 保证结构新旧混凝土协同工作。经计算,对框架柱增设1225 配筋,四周外包80 mm 厚C25 细石混凝土套进行加固, 并设10100 封闭箍筋,如图7 所示。 图7 混凝土柱加固示意图 施工时清除混凝土柱表层缺陷部分直至混凝土密实部位, 将构件表面凿毛或每隔10 cm 凿打深度不小于6 mm的沟槽,被包部分的角部应倒角,除去浮渣、尘土,并清洗干净, 在浇筑混凝土前, 结合面应以水泥浆等界面剂进行处理。对原有和新增受力钢筋进行除锈,在受力钢筋上施焊前应采
11、取卸荷或支顶处理,并逐根分区、分段、分层施焊,纵向受力加固钢筋下端应伸至基础并满足锚固要求, 上端应穿过楼板与上柱脚连接。 6.2 梁和楼板的加固 混凝土主梁采用钢筋吊接槽钢的方法进行加固,将28用10mm 厚钢板焊接成方形,再用20150 钢筋吊筋于梁下,负弯矩部位采用厚度8 mm,宽度为200mm 的钢板,增大梁的承载力; 次梁外粘贴型钢的加固法,梁底采用2L505 角钢,再用16250 钢筋吊筋于梁下,增大次梁的承载力;楼板采用叠合板加固法,叠合浇筑厚度为60mm 细石混凝土,双向配置8200 钢筋网。 (a)主梁(b) 次梁 图8 混凝土梁加固示意图 施工时必须牢固地支撑楼板以确保安全
12、, 凿除其表面的砂浆找平层并露出基面,用钢丝刷和清水冲刷干净后,铺上钢筋网和浇筑混凝土,浇筑前涂一层水泥浆,以保证新旧混凝土良好结合,模板搭设、钢筋安置以及新混凝土的浇筑和养护,应符合现行国家标准混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002 的要求。 7工程质量控制的进一步思考 虽然国家出台了一系列的法规、规范、规程,监督体制日趋完善,但是工程质量事故仍然屡见不鲜,既对人民的生命财产安全产生威胁,又浪费大量的人力、物力、财力,这就引起我们对建设工程领域的管理进一步思考。而本工程的质量问题主要有如下几方面原因: (1)施工原因 施工队伍素质低、业务水平低下;严重偷工减料,建筑工程施工管
13、理混乱、技术力量缺乏;在施工技术、施工工艺等方面,整体水平差,不按图施工,任意更改图纸设计,不按施工规范设计,随意套用图纸资料,借图使用,擅自更改,尤其使用的乡镇施工队伍,建筑知识匮乏,安全意识淡薄,施工粗糙,如施工单位对梁板柱箍筋的任意设置,数量间距、混凝土强度等级均未达到设计要求, 致使承重构件产生大范围裂缝,造成工程质量隐患。 (2)监管单位缺失 本工程处于市郊,开工建设程序不规范,忽视相应的建筑法规及相关程序,不按程序办事;监理单位职能缺失,城建主管部门对乡镇、市郊建设监管不严,监管不到位,日常管理没有形成规范的建筑市场行为。 (3)建设单位原因 建设单位(甲方)的因素也是造成建筑工程质量事故的重要原因之一,在工程招投标时,不按法律法规程序,缺乏规范,低价选标,一流投标队伍,三流施工单位。一再压低承包价格,为节约资金、减少投资,省设计费用、勘察费用,默认施工单位的不规范行为,为工程质量留下隐患。 8结语 在市场经济条件下,工程质量受到多重因素、多方面的影响,工程质量事关人民的生命、财产安全,系统有效的解决工程质量质量频发的问题,需要从多方面、多渠道入手,形成完整的设计、施工、验收多个程序,建设工程中需要监管部门有效监督,使建设工程领域规范化、程序化。 注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。 9