工程鉴定中结构受力分析.doc

工程鉴定中的结构受力分析
谈到结构受力时，或在结构设计时，常常注重结构受力的M、N、Q，其他一些力：如地基冻胀力、温度应力、桩基的负摩阻力、土体的自重应力、结构构件变形及水的浮力等作用，或者被忽视、或者分析不准确，从而造成房屋结构出现裂缝、构件破坏以及房屋倾斜等。
1， 地基冻胀力
1.1 工程实例1
黑龙江某农场一层砖木结构房屋，毛石条形基础，使用过程中，冬季发现部分房屋外重墙体向外倾斜，对房屋外墙倾斜原因进行鉴定。以下照片摘自《地基与基础》：
从照片中基础的受力图可知，冬季地基土体受冻，条形基础外侧的冻切力T1>T2,冻胀时基底压力分布基础外边缘大，里边缘小，按此受力图进行分析，房屋外纵墙应向房屋里侧倾斜，可实际情况恰恰相反，房屋横墙较少、比较空旷的房屋，外纵墙均向外倾斜，房屋横墙较多、整体刚度比较好的房屋，外纵墙基本不倾斜，当时是百思不得其解，经过反复研究此基础受力图，我们对基础的冻深曲线进行反复研究，我们推测，地基冻深曲线基本呈斜向，地基的冻胀力与冻深曲线基本呈垂直关系，造成基础向外倾斜。
对于横墙较多、刚度较好的房屋，由于横墙的约束作用，限制了房屋外纵墙的倾斜，使房屋整体上抬。
1.2 工程实例2 某电厂变电所墙体裂缝加固
黑龙江省某发电厂变电所，一层砖混结构，使用过程中发现山墙有倒八字形裂缝，裂缝与地面基本呈45度夹角，经某单位鉴定后，认为基础产生了不均匀沉降，于是，对基础进行了加固处理，加固后，山墙又出现了裂缝，而且山墙外倾，建设单位拟对其再次进行加固处理，我们经投标中标后，经过认真分析，发现有以下问题：
a） 对于一层房屋，基础发生不均匀沉降的可能性不大，经过加固处理后再次发生不均匀沉降的可能性更小，似乎有些不合常理；
b） 山墙外倾不符合基础不均匀沉降的受力特征；
c） 基础埋置深度满足规范要求，似乎没有地基冻胀的可能性；
我们根据山墙外倾这一破坏特征，我们认为还是地基受冻，为什么地基会受冻，经过查阅图纸，发现电缆沟从山墙入户，电缆沟处存在冷桥，使地基受冻，从而造成山墙基础上抬及外倾。
我们只有对房屋的裂缝有一个正确的分析之后，对症下药，采用合理的加固方案，才能做到房屋加固后安全可靠。前边提到，该变电所进行过一侧加固处理，后来又产生裂缝，其原因，就是原来结构受力分析错误。
该变电所对基础进行了保温处理，经过多年使用后，墙体没有再产生裂缝。
1.3工程实例3 某别墅小区地基冻胀性的判定 哈尔滨市江北某别墅小区，地下一层为车库，地上三层为住宅，砖混结构，钢筋混凝土条形基础及钢筋混凝土独立基础。地质勘察报告中载明：地基为弱冻胀土。
该房屋在车库坡道进入地下室时，较少了坡道处基础的埋置深度，此处外纵墙的基础埋置深度不足1m，大约0.50m，施工单位担心地基产生冻害，问设计单位地基能否有发生冻害？并请有关专家对设计单位的意见进行论证。
设计单位根据《建筑地基基础规范》、地质勘察报告、及结构计算，得出的结论为：地基不会发生冻胀，房屋基础安全。
其计算分析依据为：
（1） 根据《建筑地基基础规范》，基础最小埋置深度为：
基础最小埋深=场地冻结深度-最大冻土层厚度
（2） 根据地质勘察报告，地基土为弱冻胀土，其最大冻土层厚度达2m以上，
（3） 根据结构分析计算，基础地面处地基压应力大于地基冻胀应力，
综上所述，基础不会产生冻胀破坏，房屋结构安全。
该分析看似比较全面，我们经过查阅地质勘察报告后，认为上述分析概念不清晰，甚至存在分析错误。
错误在哪？判断地基土的冻胀类别与地下水位至冻结面的距离有关，地下车库坡道进入地下室后，地基的冻结面随坡道下移，地下水位距冻结面的距离减小，土体的冻胀性有变化，因此，上述分析存在概念上错误。
另外，我们还应注意一点，房屋建造前地质勘察时地下水位低，实际使用时地下水位可能发生变化。

以上为地基冻胀产生冻害的工程实例，以下再介绍二个地基土融沉后致使地面及基础破坏的实例。
1.4工程实例4 某滑冰馆，滑冰跑道使用多年，在举办一项国际大赛前，需要对整个制冷系统及相应设施进行维修，制冷系统停止工作若干天后，发现跑道出现了大面积融沉现象。
查阅设计图纸，设计时在冰场下作了隔热层，隔热层为150mm厚挤塑板。
我们经过分析，设计者忽略了传热时间概念，冰场在不停的制冷，使得挤塑板下的土体受冻，受冻后土体产生冻胀，冰场使用过程中浇水找平，在冰场跑道维修期间，土体溶化后产生融沉。
1.5 工程实例5 某客运站，候车大厅部分为一层，与之相连部分为三层，三层部分为宾馆，该房屋为砖混结构，钢筋混凝土灌注桩基础，该场地为地基为永冻土。
该客运站投入使用不久，墙体出现裂缝，于是，建设单位委托一家鉴定单位进行鉴定，要求查出墙体裂缝原因，其鉴定结论为:基础施工质量未达到设计要求；桩长未达到设计要求；一层地面处作一层钢筋混凝土板，板下贴有100mm厚隔热苯板，部分苯板脱落，造成隔热效果下降，土体融化，桩基础沉降。
施工单位对鉴定结论有异议，要求重新鉴定。
我们经过现场勘查：发现墙体裂缝较大，裂缝宽度达10mm以上；桩基础承台顶面有的部位与墙体脱离，形成水平缝隙，缝隙宽度达15mm以上；经过钻孔测温，3m以下的土体开始融化。
从以上现象可以看出，永冻土已经逐渐融化，桩的承载力降低，有的桩沉降量大于墙体的沉降量，造成承台顶面与墙体之间形成缝隙。
由此可见，房屋设计时，虽然在一层地面处作了保温隔热层，但同样忽略了传热时间的概念，造成永冻土融化，基础沉降。
2 温度应力
2013年10月，哈尔滨某小区某工程基础越冬，找你几位专家论述基础越冬方案。
该工程地下室为大底盘，地上为若干栋高层建筑，通过大底盘连在一起，大底盘长约500m，宽约360m，桩筏基础，当时施工单位提出二个基础越冬方案：一是地下室内注水，用水对地基进行保温；二是冬季继续降水，对基础进行覆盖。
对于地下室注水保温方案，这种做法属于土做法，对于水冻成冰后，有多大的冻胀力心里没底，我在这里提出的是：基础混凝土施工在6-9月，混凝土成型时温度较高，地下室注入水后温度较低，该混凝土结构超长，超过规范规定的限制数倍，混凝土的温差变形是否会造成地下混凝土结构的开裂；
对于第二种保温方案，是在基础承台顶面保温，还是在地下室顶板保温，各种意见都有，每种方案，各有千秋。我的想法是：如果在地下室顶面保温，有利于对整个地下室结构的保护。通过这个工程我们看到，混凝土结构的长度越做越长，再次，介绍一下鉴定过程中在温度应力作用下，致使结构产生裂缝的问题。
2.1 工程实例1 某高层结构，地下一层地上30层，剪力墙结构，地下水位较高，地下室钢筋混凝土墙即是承重墙 ，又是防水墙体。由于地下室混凝土墙混凝土强度普遍较低，要求对墙体进行加固。按照混凝土加固规范及有关资料，采用加大截面法，即：在原有混凝土墙体的基础上，增加钢筋混凝土夹板墙，新旧墙体之间植筋连接，原有混凝土墙体进行凿毛处理。
在使用过程中，发现后帮贴的混凝土墙体与原有墙体有的部位脱离，查阅施工内业，植筋进行拉拔试验，试验结果均满足设计要求，后帮贴混凝土强度满足设计要求，从设计到施工没发现纰漏。
新旧混凝土分离，原因何在？后来经过仔细分析，发现混凝土墙体长度超过规范规定的长度地下室内温度较高，新帮贴的混凝土墙体在室内，温度较高，原有混凝土墙体在室外，温度较低，那么，加固后的混凝土墙体处在不同的温度场内，室内的混凝土受热后伸长，外侧的混凝土收缩，由于其变形不一致导致新旧混凝土墙体分离。
应注意的事项：建议留伸缩缝。不能完全依靠植筋。
2.2 工程实例2 某商场，六层框架结构，长度略超规范要求，使用若干年后，发现屋面纵向框架梁梁端有斜裂缝，裂缝的形态与受剪破坏类似。
我们经过现场检测，混凝土框架梁施工质量较好，混凝土强度高于设计强度，梁主筋、箍筋均满足要求，且富余量较大，根据检测结果复核，梁抗弯抗剪承载力们有问题。
根据梁裂缝形态分析，与斜裂缝垂直方向，应该有一个主拉应力，经过取脱离体分析，梁收缩变形产生的拉应力与剪力产生的合力，与斜裂缝的方向垂直，因此可知，该裂缝是由于混凝土框架梁收缩造成的。
2.3 工程实例3 某学校教学楼，砖混结构，屋面梁端斜裂缝，裂缝上大下小。
一般的梁端剪切裂缝为下边宽、上边窄，根据裂缝的形态分析，该裂缝不是梁的受剪破坏，经分析，屋面板有一个向外的水平推力，造成梁端裂缝。
查阅设计图纸该梁属于简支梁，梁负筋较小，不满足规范要求。
钢筋混凝土结构设计规范规定，简支梁负筋不小于跨中钢筋的四分之一。
2.4 工程实例4 某一层砖混底框综合楼，预制钢筋混凝土空心楼板，阳台及雨篷为现浇钢筋混凝土板，长度为61.50m，按当时的砌体结构规范，长度不超过60m，房屋长度略超过规范要求，因此，没有留伸缩缝，夏季，顶层外纵墙与楼梯间横墙之间开裂，裂缝上宽下窄，最宽处可伸进手指，进入冬季后，裂缝逐渐变小，直至裂缝合拢。
从房屋的墙体变形分析，房屋的外纵墙体外倾，究其原因，顶层现浇钢筋混凝土圈梁与现浇雨篷相连，现浇雨篷数量较多，现浇雨篷至于室外阳光下，混凝土圈梁的伸长量大于砖墙的伸长量，两者变化不一致，造成外纵墙体外倾。
2.5 工程实例5 某四砖混结构，钢筋混凝土现浇板，现浇圈梁，顶层沿圈梁设有水平采暖管，采暖管较粗，采暖好，供水温度较高，使用中沿纵向从房屋中部劈裂，裂缝宽度达10mm以上。
体会：1，从以上5个在温度应力作用下，造成房屋破坏，其破坏原因与多种因素有关，如房屋的长度、外露混凝土构件数量、采暖温度、施工质量、设计配筋构造等多种因素有关，工程鉴定时必须综合分析。
2， 超长结构不是不行，目前超长结构越来越多，设计施工时必须综合考虑各种不利因素。
3， 以上受力分析，均为结构的概念设计，没有具体计算公式，在结构设计或鉴定时，必须懂得结构的概念设计。