某外資廠房牛腿開裂原因分析

談麗華

蘇州工業園區設計研究院有限責任公司 江蘇蘇州  215021

1、工程概況

    某外資廠房為混凝土柱，屋面鋼桁架結構，屋面中間跨為設備夾層，設備夾層為鋼梁上鋪樓層板結構，鋼梁支撐于兩端柱牛腿上。廠房位于7度抗震設防地區，混凝土強度等級為C30，基礎為樁基礎，廠房剖面見圖l。在廠房主體結構完成，準備進行設備層安裝時，發現c軸、D軸部分牛腿開裂并有壓碎現象見圖2。

2、牛腿檢測

    為了解牛腿開裂的原因，以及裂縫對結構的影響，對牛腿混凝土強度、內部混凝土缺陷、鋼筋的配置以及保護層厚度等進行了現場檢測工作，檢測結果如下。

    1)根據現場條件，對夾層牛腿混凝土強度進行了抽測，抽測結果表明混凝土強度均能滿足設計強度C30的要求。

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

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

    3)通過對儀器測量及開鑿檢查，發現鋼筋的規格、數量和設計圖紙相符，而對鋼筋保護層厚度的檢測發現遠大于設計要求的厚度，檢測數據見表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，根據牛腿的破壞情況可以確定是局壓破壞。下面就檢測結果和現場調查情況，來分析牛腿產生裂縫的原因：

    3.1承載能力分析

    按照設計圖紙對其截面尺寸，承載力和配筋進行了復核，牛腿截面尺寸應滿足下列裂縫控制條件：

    說明牛腿在正常使用荷載情況下，承載力滿足設計要求。況且牛腿出現開裂是在設備夾層荷載還未作用上去的情況下發生的，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

    廠房基礎采用的是樁基，根據沉降觀測記錄，沉降量很小，且未有不均勻沉降的現象發生，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，牛腿發生了混凝土保護層剝落，混凝土局壓破壞。發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，筆者認為有兩方面的原因：一是從現場實際檢查發現，鋼梁與牛腿頂面之間的5cm厚的二次澆灌層質量差、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)，施工上部設備層樓層板時，又未加設臨時支撐，在恒載及施工活載共同作用下產生變形，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。發生局壓破壞時，傳至牛腿上的恒載約為607 kN(設計值)，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。而現根據實測結果，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，實測數據表明保護層厚度在70mm-90mm之間，遠大于設計保護層厚度。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(圖2)。

4 、處理措施

    夾層鋼梁下加設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。經過處理后，廠房從投入生產使用至今，未再出現任何裂縫，實際使用效果良好。

5、結語

    1)牛腿出現裂縫并且局部壓碎主要是由于施工操作中的不規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)對受損構件需及時采用合理的結構補強措施，保證結構的安全可靠。

參考文獻

[1]GB50010—200混凝土結構設計規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2002．

[2]羅福年．單層工業廠房結構設計[M]．北京：清華大學出版社，1990．

[3]天津大學，同濟大學，東南大學．混凝土結構[M]．中國建筑工業出版社，2002．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)