砌体结构建筑物的事故分析与处理.doc

内容摘要

现代建筑物中砌体结构的房屋占的比例较大，分布较广，而砌体结构中的一般细小裂缝由于不危及使用，往往被人忽略，这也成为了砌体事故的主要起因，这些裂缝在较长时间内还不稳定，降低了建筑物的抗震能力，在地震时容易引发墙体破坏，甚至墙体倒塌，必须重视解决。通过对一黄土地区某砌体住宅楼倾斜事故的产生原因,分析了倾斜的原因并提出了相应的处理措施。提出自己对砌体结构事故产生的原因及其防治的浅显建议。

引 言
目前，砌体结构房屋出现裂缝非常常见，其裂缝程度轻重不一，差别很大，轻则影响房屋正常使用和美观，严重的将形成结构安全隐患，甚至发生工程事故，在很多情况下裂缝的发生与发展往往是重大事故的先兆，引起砌体结构裂缝的原因很多[1]，可能是地基、温度、干缩，也有可能是设计、施工、材料的原因。对此必须认真分析，妥善处理。通过分析某砌体结构事故引发原因，找出相应的应对措施，解决由其引发的各种事故问题。所以本文简要分析一下事故缘由，避免以后事故发生。砌体出现裂缝是非常普遍的质量事故之一。
1 砌体结构概述
1.1 砌体结构的概念及特点
1.1.1砌体结构
用砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构，又称砖石结构。它包括砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。
1.1.2砌体结构受力特点
分为无筋砌体结构和配筋砌体结构，砌体结构构件主要承受轴心或小偏心压力，而很少受拉或受弯，一般民用和工业建筑的墙、柱和基础都可采用砌体结构，在采用钢筋混凝土框架和其他结构的建筑中，常用砖墙做围护结构[2]。
1.1.3砌体结构性能
砌体结构具有很好的耐久性及较好的化学稳定性和大气稳定性，有较好的保温隔热性能。较钢筋混凝土结构节约水泥和钢材，砌筑时不需模板及特殊的技术设备，可节约木材。砌体结构的缺点是自重大、体积大，砌筑工作繁重。由于砖、石、砌块和砂浆间粘结力较弱，因此无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度都很低。由于其组成的基本材料和连接方式，决定了它的脆性性质，从而使其遭受地震时破坏较重，抗震性能很差，因此对多层砌体结构抗震设计需要采用构造柱、圈梁及其它拉结等构造措施以提高其延性和抗倒塌能力。
此外，砖砌体所用粘土砖用量很大，占用农田土地过多，因此把实心砖改成空心砖，特别发展高孔洞率、高强度、大块的空心砖以节约材料，以及利用工业废料，如粉煤灰、煤渣或者混凝土制成空心砖块代替红砖等都是今后砌体结构的方向。
1.2 砌体的适用范围
今后一段时间，砌体结构仍是人类建筑物主体研究内容，所以，在研究砌体结构时，总结其适用范围相当重要，下面是其主要适用范围归纳:[3]
(1)住宅、办公楼等民用建筑中广泛采用砌体承重。 所建房屋层数增加，5～6层高的房屋，采用以砖砌体承重的混合结构非常普遍，不少城市建到7～8层，重庆市70年代建成了高达12层的以砌体承重的住宅；在某些产石地区毛石砌体作承重墙的房屋高达6层。
　　(2) 在工业厂房建筑中，通常用砌体砌筑围墙。
(3) 中、小型厂房和多层轻工业厂房，以及影剧院、食堂、仓库等建筑的承重结构。
(4) 可在地震设防区建造砌体结构房屋合理设计、保证施工质量、采取构造措施。经震害调查和研究表明：地震烈度在六度以下地区，一般的砌体结构房屋能经受地震的考验；按抗震设计要求进行改进和处理，可在七度和八度设防区建造砌体结构的房屋。[3]
1.3 砌体结构事故产生的原因
统计引起砌体结构墙体裂缝的因素，大体上有设计上对房屋的构造处理不当，地基的不均匀沉降，收缩和温度的变化，施工质量不合格、使用的建筑材料不合格等。一以下为具体分析[2]：
1.对房屋的设计和构造处理不当而引起了裂缝
有一些砌体结构的房屋的设计图纸应用时未经校核；或者参考了别的图纸，但荷载增加了或截面减少了而未作计算；或者虽然作了计算，但因少算或漏算荷载，使实际设计的砌体承载力不足；也有的虽然进行了墙体总的承载力计算，但忽视了墙体高厚比和局部承压的计算。如果砌体的承载力不足，则在荷载作用下将出现各种裂缝，以致出现压碎、断裂、倒塌等现象，这类裂缝的出现，很可能导致结构的失效。
2.地基不均匀沉降引起了裂缝
当地基发生不均匀沉降后，沉降大的部分砌体与沉降小的部分砌体会产生相对位移，从而使砌体中产生附加的拉力或剪力，当这种附加内力超过砌体的强度时，砌体中便产生相对裂缝。这中裂缝一般都是斜向的，且多发生在门窗洞口上下。这种裂缝的特点是：
（1）裂缝一般呈倾斜状，说明系因砌体内主拉应力过大而使墙体开裂；
（2）裂缝较多出现在纵墙上，较少出现在横墙上，说明纵墙的抗弯刚度相对较小；
（3）在房屋空间刚度被削弱的部位，裂缝比较集中。
3. 收缩和温度变化引起了裂缝
热胀冷缩是绝大多数物体的基本物理性能，砌体也不例外。由于屋盖系统温度变化出会使砖墙产生裂缝，由于温度变化不均匀使砌体因不均匀收缩产生裂缝，或由于钢筋混凝土圈梁与砖墙伸缩量不同也会产生裂缝。
（1）屋盖系统温度变化时使墙体产生的裂缝
这类裂缝较典型和普遍的是建筑物（特别是纵向较长的）顶层两端内外纵墙上的斜裂缝，其形态呈 “八”字或 “X”型，且显对称性，但有时仅一端有轻微者仅在两端1～2个开间内出现，严重者会发展到房屋两端1/3纵长范围内，并由顶层向下几层发展。此类裂缝对那种刚性屋面的平屋顶，未设变形缝、隔热层的房屋就更易发生。产生的直接原因是混凝土结构屋面的伸缩变形牵引其下砖砌体超过其材料抗拉强度的结果。一般来说，在阳光照射下，屋面板温度可高达60～70℃，而其下的砌体仅为30～35℃，温差引起的砌体主拉应力大于砌体本身的抵抗力的50％～300％不等。又加上房屋两端为自由端，水平约束力小，上部砌体垂直压力较小如无相应措施，则上述裂缝在所难免。当屋面向两端热胀时，会使下部砌体出现正 “八”字裂缝，当冷缩时，就会出现倒 “八”字缝，一胀一缩则易出现“X”型缝。
（2）由于温度变化不均匀使砌体产生不均匀收缩产生的裂缝
由于房屋过长，室内外温差过大，因钢筋混凝土楼盖和墙体温度变形的差异，有可能使外纵墙在门窗洞口附近或楼梯间等薄弱部位发生向竖向贯通墙体全高的裂缝，这种裂缝有时会使楼盖的相应部位发生断裂，形成内外贯通的周圈裂缝。另外，当房屋空间高大时，墙体因受弯在截面薄弱处（如窗间墙）会出现水平裂缝。
（3）由于钢筋混凝土圈梁与砖墙伸缩量不同产生的裂缝
当材料随时间发生收缩变形和自然界温度发生变化时，由于钢筋混凝土和墙砌体材料收缩系数和线膨胀系数的不同，会在房屋的墙体及楼盖结构中引起因约束变形而产生的附加应力，当这种附加应力过大时会在墙体上产生局部竖向裂缝。
施工质量不合格，建筑材料使用不当引起了裂缝
砌块本身的质量不合格，砂浆强度不够，这些都会造成整个砌体的强度不够，而造成砂浆强度偏低的原因是使用了不合格的水泥，施工配合比不准确，施工过程中不安设计留槎及放置拉结筋等，不少砌体结构由于使用渣砖而产生裂缝，由于渣砖的原材料及生产工艺与普通粘土砖不同，其线膨胀系数与粘土砖亦不同。通过对诸多开裂砌体的统计分析，使用渣砖的砌体极易产生裂缝。不少砌体结构由于墙体布置不当，构造柱设置不合理，梁垫设计不合理等造成砌体的开裂。
1.4 国内研究现状与展望
1.4.1 国内现状
砌体结构在我国已有相当长的应用历史，特别是建国以来，砌体结构得到了迅速的发展，取得了显著的成绩。我国已从过去用砖石建造低矮的民房，发展到现在建造大量的多层住宅，办公楼等民用建筑和许多领域的工业建筑。60年代以来，我国的空心砖和砌块的生产和应用得到了一定的发展。70年代以来，尤其是1975年海城—营口地震和1976年唐山大地震之后，对设置构造柱和圈梁的约束砌体进行了一系列的试验研究，其成果引入我国抗震设计规范。在此基础之上，通过在砖墙中加大加密构造柱形成所谓强约束砌体的中高层结构的研究取得了可喜的成果。近30年来，采用混凝土、轻骨料混凝土和加气混凝土，以及利用各种工业废渣、粉煤灰、煤矸石等制成的无熟料水泥煤渣混凝土砌块和粉煤灰硅酸盐砌块等在我国也有了较大发展，此外，我国在砌体结构理论方面也有了长足的进步，新修订颁发的《砌体结构设计规范》在采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，多层砌体房屋中考虑空间工作，以及考虑墙和梁的共同工作设计墙梁等方面已达国际先进水平，丰富了我国砌体结构理论和设计方法。　
现今，由于我国现在正推广各种新型节能墙体砌块材料，砌体结构开裂的情况和问题愈来愈多，原因也愈来愈复杂，只有严格执行有关砌体规范，从生产、设计，施工，监督等方面层层把关采取合理有效的控制措施 ，就能有效控制砌块墙体开裂的质量通病，消除墙体结构质量安全隐患。
1.4.2 未来展望
几千年来由于砌体结构良好的物理力学性能、易于取材、生产和施工，造价低廉，致今仍成为我国主导的建筑材料。但是我国的砌体材料普遍存在着自重大、强度低、生产能耗高、毁田严重、施工机械化水平较低，和耐久性、抗震性能较差等弊病。因此我认为可以从以下几方面入手：
1、积极开发节能环保形的新型材料；
2、发展高强度砌体材料；
3、加强关于砌体结构的理论研究；
4、增加与其它结构组合结构的研究。
2 砌体结构事故分析与处理
2.1 工程概况
某工程概况3号住宅楼位于该市某住宅区内,为五层砌体结构,在平面上被划分为A、B两部分(段), A段平面轴线尺寸为10600mmX26600mm; B段平面轴线尺寸为10600X53080mm ;总建筑面积4160㎡。楼板为装配式预制RC板,采用条形基础,下有750mm厚37灰土垫层。2003年房屋出现局部倾斜与裂缝，少部分已经倒塌，其余墙体也有很多细小裂缝。下面我做了一个简要统计，分析其引发原因。[4]
在勘查事故原因时，我们应秉持这样一种态度，那就是“事故的引发可能由单一原因引发，也可能是几个原因集合引发”。所以我们在处理时，要集合所有可能总结原因，在以后预防中都认真处理。
从观察分析可知，此砌体结构墙体开裂比较严重，开裂较宽，房屋倾斜，地基以部分沉陷，结构不合理，粘结不结实，配筋不正确，由此引发了砌体结构事故。
2.2 工程事故处理与预防
2.2.1事故处理方案
1. 通过认识了解到墙体开裂比较严重，所以在修复过程中，必须增加房屋的整体刚性 ，可在房屋墙体一侧或两侧增设钢筋混凝土圈梁。 圈梁用的凝土强度等级 为 C15～C20，截面至少120mmx180mm，配筋可采用4①10～4①14 ，钢筋 ①6 @200～250，每隔1.5m～2.5m ( 应有牛腿或螺栓) 锚固件等伸进墙内与墙拉结好，并承受圈梁自重。浇筑圈梁时应将墙面凿毛、润水，以加强粘结。
2. 对于房屋德局部破裂，先查清其破裂原因，对未影响承重及安全的，可将破裂墙体局部拆除，并按提高砂浆强度一级用整砖填砌。
3. 对于其他细小裂缝在进行裂缝修补前，根据砌体构件的受力状态和裂缝的特征等因素，确定了造成砌体裂缝的原因，针对性地进行裂缝修补或采用相应的加固措施。
（1）先利用钢结构加固方法，组织裂缝扩张。钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。
（2）再以纯水泥浆补强， 其施工顺序为：
步骤一：清理裂缝，使裂的通道贯通无堵塞；
步骤二：用加有促凝剂的1:2水泥砂浆嵌缝，以避免灌浆时，浆体外溢；
步骤三：用电钻或手锤在裂缝偏上端制成灌浆洞孔，或灌浆嘴；
步骤四：用1:10的稀水泥浆；中洗裂缝一遍，并检查裂缝通道的流通情况 ，同时将裂缝周边的砌体润湿；
步骤五：灌入 3:7或 2:8的纯水泥浆；
步骤六：将裂缝补强处局部养护。
对于此种由地基沉降引起的开裂事故主要预防措施[2]：
（1）建筑物的体型力求简单；（2）合理设置沉降缝。在建筑物平面转折处、建筑高度荷载突变处、结构类型不同处以及地基土软硬交界处设置沉降缝；（3）减轻结构自重。（4）增强建筑物的刚度和强度。设置封闭圈梁和构造柱，特别是增强顶层和底层圈梁、合理布置纵横墙、采用整体性好、刚度大的基础形式等；（5）减小或调整基底的附加应力。改变基础地面尺寸，使不同荷载的基础沉降量接近。
在目前的技术经济水平下，尚不能完全防止和杜绝由于钢筋混凝土屋盖的温度变形和砌体干缩变形引起的墙体局部裂缝。建筑物的长度即伸缩缝、沉降缝或控制缝间距与温度裂缝、干缩裂缝和沉降裂缝的产生有很大关系。按照规范，对粘土砖砌体的控制间距为10～15m，对混凝土砌块砌体一般不因大于6m；美国混凝土协会（ACI）规定，无筋砌体的最大控制缝间距为12～18m，配筋砌体的控制缝间距不超过30m，这些都远远小于我国砌体规范的规定。这也是按我国砌体规范的温度缝和有关抗裂构造措施不能消除墙体裂缝的一个重要原因。我们只能通过一些合理的构造措施，使砌体房屋墙体的裂缝的产生和发展达到可接受的程度。所以在建筑砌体结构时，我们应提前做一些预防措施。
2.2.2砌体事故常用预防措施
下面将应对一般砌体事故的主要预防措施进行简要总结，主要有以下几点[2]：
1. 对于由温度变化引起的墙体开裂
防止主要由温度变化引起的砌体结构开裂,宜采取下列措施:（1）当采用整体式或装配式的钢筋混凝土屋盖时,宜在屋盖上设置保温层或隔热层；（2）在屋盖的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不大于30m；（3）当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时,宜设置分隔缝,分隔缝的宽度不应小于20mm,缝内用弹性油膏嵌缝；（4）建筑物温度伸缩缝的间距应满足现行《砌体结构设计规范》的规定,控制缝宜在建筑物墙体的适当部位设置,控制缝的间距不宜大于30m；（5）非地震地区,在房屋顶层宜设钢筋混凝土圈梁。若采用钢筋混凝土圈梁,圈梁不宜外露。若不设圈梁,可在屋盖四周檐口下的砌体内,配置适当转角钢筋。
2. 对于由墙体材料的干缩引起的开裂
防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝，可采用下列措施:⑴选用干缩值低的墙材。控制砌筑时材料的含水量(先让材料干缩后砌墙)。采用低强度砂浆和长度小的砖块,可以避免砖块的断裂,并将细小裂缝均匀分散到各个垂直的灰缝隙中,避免变形和应力集中,累加出现大裂缝。⑵面积较大的墙体采用在墙体内增设构造梁柱的构造措施。如墙体长度超过5ｍ,可在中间设置钢筋混凝土构造柱;当墙体高度超过3ｍ(120ｍｍ厚墙)或4ｍ(≥180ｍｍ厚墙)时,须在墙中腰处增设钢筋混凝土腰梁,或设置伸缩缝。⑶严格控制以胶凝材料为原料的砌块的龄期,不足28ｄ的不应进入施工现场。对于混凝土制品,如果以90ｄ的干燥收缩值为基准,28ｄ只完成收缩的80%左右。而且这类砌块,28ｄ前含水率大,物理化学变形不稳定,干燥收缩值大,特别是蒸压加气混凝土,出厂含水率有时高达60%以上。⑷正确掌握各种砌块使用时的含水率。轻集料混凝土空心砌块和蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌筑时的含水率分别控制为5%～8%和15%、20%以内。砌体在生产储存期、运输、现场堆放等均要防止被水浸湿,雨季还应做好对砌块和砌体的遮盖。施工时,一般提前1～2ｄ洒水稍作湿润。砌块含水深度以表层8ｍｍ～10ｍｍ为宜。
3. 对于由地基沉降引起的开裂
防止主要由地基沉降引起的裂缝，可采用下列措施：⑴建筑物的体型力求简单；⑵合理设置沉降缝。在建筑物平面转折处、建筑高度荷载突变处、结构类型不同处以及地基土软硬交界处设置沉降缝；⑶减轻结构自重。⑷增强建筑物的刚度和强度。设置封闭圈梁和构造柱，特别是增强顶层和底层圈梁、合理布置纵横墙、采用整体性好、刚度大的基础形式等；⑸减小或调整基底的附加应力。改变基础地面尺寸，使不同荷载的基础沉降量接近。
2.3 工程事故结论
在应对砌体结构事故时，我们应该始终秉持的预防为主，处理为辅的设计态度，合理设计，认真施工，了解就、砌体结构与各影响因素的关系，合理利用材料，组织地基，设置沉降缝，伸缩缝。
砌体结构与温度，地基，材料等的关系[3]：
（1）墙体的温度应力与温差成正比，随水平阻力系数和建筑物长度（或伸缩缝间距）非线性增加。
（2）墙体的收缩变形与墙体材料、砌块的含水率以及建筑物的长度有关。粘土和混凝土砌体对含水率变化的反应不同，当失去水分时混凝土砌块会收缩，而粘土砌块会随含水率的增大而膨胀。
（3）地基沉降裂缝的内力和变形形态与土的性质、建筑物与地基的刚度、基础与建筑物的尺寸形状、材料的弹塑性性质、徐变等有关。
（4）影响砌体结构裂缝的因素较多，有些裂缝是由多种因素引起的混合裂缝。设计时可通过构造措施来防止和减轻砌体结构裂缝的危害。
我国在社会主义初级阶段以及今后一个相当长的时期内，无疑在土木工程中砌块及砌体结构仍然是一种主要的材料和承重结构体系。相信古老的砌体结构在未来的工程中会取得更大的成绩。如今地震事故多发，对于砌体结构的抗震性能的研究我们硬挨投入更多的尽力。我国已经积累了在地震区建造砌体结构房屋的宝贵经验。现在最后，对该住宅进行了抗震性能分析，表明配筋砌体建筑具有良好的抗震性能。。我国绝大多数大中城市在6度或6度以上地震设防区。6）改善传热性能，砌体是一种天然的贮（散）热体，它可以贮备热能，注芯砌体增加了质量从而改善了热效能。。地震烈度≤6度的砌体结构经受了地震的考验。作为砌体结构抗震软件，常规结构按规范进行抗震的抗剪承载力验算是比较简单的，如果采用周期的经验公式，做基底剪力法验算时可以不建立结构整体计算模型，将层间剪力按刚度分配，对墙片进行验算即可。。经过设计和构造上的改进和处理，还在7度区和8度区建造了大量的砌体结构房屋。在了解对砌体结构安全起主导作用的各影响因素之后，按步考虑，避免以后事故的发生。
3 结束语
通过分析砌体结构事故原因，找到正确的预防措施,避免事故发生或者减少发生。所以在以后的设计工作中，我们要始终贯彻预防为主的原则,加强设计、施工及使用方面的管理，确保结构安全和避免不必要的损失。