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      砌體結構的加固技術
      發布時間:2014-07-15
      1、砌體受力特點及失效形式
       。1)主要受力特點
        砌體結構構件由塊材和砂漿砌筑而成,包括墻、柱、過梁、擋土墻、煙囪、池壁、拱等構件。砌體構件中的塊材包括磚、砌體、石材三大類,其中磚通常采用燒結普通磚、燒結多孔磚、蒸壓灰土砂磚和蒸壓粉煤灰磚等,砂漿包括水泥砂漿、混合砂漿、石灰砂漿等,老建筑物中有的還采用粘土砂漿。
        砌體結構具有以下主要特點:
        1)砌體構件主要用作墻、柱等受壓構件,剛度一般較大,但其強度較低,特別是抗剪、抗彎和抗拉強度。
        2)砌體房屋的自重較大,地基易發生不均勻沉降現象,而房屋基礎通常采用墻下條形基礎和柱下獨立基礎,對地基不均勻沉降的調節有限,墻體常常因地基的不均勻沉降而開裂。
        3)砌體結構通常采用鋼筋混凝土樓、屋蓋,由于砌體材料和混凝土材料的熱脹系數存在顯著差別,砌體結構中墻體也常常因較大的溫度作用而開裂。
        4)砌體結構中磚和砂漿均為多孔材料,易受潮,在自然和使用環境中不利因數的長期作用下,易出現風化、凍融、腐蝕等耐久性損傷。
        5)砌體結構需人工砌筑,工作量大,勞動強度高,施工質量的變異性較大,而砌體的受力性能對施工質量又較為敏感,因此砌體構件的性能常常因質量缺陷而降低。
       。2)失效形式
        砌體構件主要用于承壓,部分構件也會用于承受剪力、彎矩或拉力。對于承載能力極限狀態,砌體構件的失效形式包括:
        1)軸心和偏心受壓破壞。此為墻、柱等受壓構件的主要破壞形式。
        2)局部受壓破壞。主要出現于承受豎向集中的受壓構件的破壞中,如支承鋼筋混凝土梁的墻和柱。
        3)軸心受拉破壞。出現于圓形水池池壁等受拉構件破壞中。
        4)彎曲受拉破壞。出現于擋土墻等受彎構件的破壞中。
        5)受剪破壞。主要出現于受彎構件的破壞中以及磚拱支座的破壞中。
        6)傾覆破壞。主要出現于挑梁的破壞中。
        除了喪失承載力,砌體構件還可能因破損、開裂、傾斜、振動等因素而影響建筑物正常使用,這些屬于結構構件正常使用極限狀態方面的失效形式。
        2、砌體結構由于承載力不足而產生事故的主要原因
       。1)計算錯誤
        主要表現在采用的截面偏小,使用的磚和砂漿強度等級偏低,鋼筋混凝土大梁支座處未設置梁墊,把大梁架在門窗洞上而沒有設置托梁,以及砌體的高厚比等構造不符合規范規定等。這些問題的發生,一部分是由于設計和制圖人員工作疏忽,如對建筑物的使用目的了解不透,采用的計算荷載偏小,或計算發生差錯,或制圖、描圖時注錯了尺寸、強度等級等而未被發現。但大量的問題是由于不按基本建設程序辦事,不經設計單位設計,隨便找不懂技術的人胡亂“設計”而造成的。浙江省紹興縣某鄉于1980年蓋了一座2層的辦公樓,共517平方米,沒有請設計單位設計,由一位油工畫了一幅草圖便施工,剛施工到2層時,磚柱被壓壞,整個房屋倒塌。后經驗算,全部使用荷載加上去之后,磚柱安全系數只有0.29.磚柱、承重磚墻的設計安全系數不足,設計失誤,再加上施工質量不好,造成事故最多,也最嚴重。有的由于設計中漏算荷載,組合沒有考慮最不利情況等設計錯誤,致使截面承載力嚴重不足。
        另一種情況是不經科學計算,根據領導行政命令或某些人的
      主觀想象,對已峻工或正在施工的工程隨便增層,加大了下部結構的荷載,造成下部結構承載能力不夠。四川省重慶市某商業單位修建了一棟面積為1000平方米的門市部,原為慶市某商業單位修建了一棟面積為層,未經結構計算便決定增加一層,加層后全部倒塌。在其他省市也有不少隨便增層造成房屋倒塌的教訓。

        例:浙江省鎮?h灣塘鄉文化中心樓倒塌事故
        1985年4月5日5時左右,尚未完工的灣塘鄉文化中心樓突然例塌,末造成人員傷亡,但直接經濟損失達2.5萬元。
        該文化中心樓為三層磚混結構,荷載梁傳至獨立的磚柱上,使得磚柱成為該結構的關鍵的構件。在設計時,設計人員錯把磚的強度等級mu7.5當成砌體的設計強度,致使柱的承載力明顯不足,計算數據表明:倒塌時柱實際荷載為344.3kn,而磚柱的承戴能力為160.9kn,兩者相差太多。
        另一方面,在倒塌前磚柱己出現了縱向裂縫,至3月中旬,裂縫長達50cm,而現場施工人員用12水泥砂漿對磚柱進行了抹灰“補強”,將其余立面留給設計人員檢查。設計人員看后認為可以繼續施工,在荷重進一步增加的情況下,底層正立而磚柱爆裂,樓房間西側一塌到底。
       。2)施工質量差。
        砌體結構強度與砌筑質量的關系很密切。施工管理不嚴,質量把關不嚴是造成磚石結構出事故的主要原因。例如:施工過程中雇傭非技術工人砌磚,砌筑過程不按規程要求,造成上下通縫,磚柱采用包心砌法,砂漿強度過低,有的在墻上任意開洞,過多地削弱了斷面等。
        1)砌筑砂漿質量。砂漿強度偏低。砂漿強度直接影響砌體的強度。如砂漿強度偏低,必然要降低砌體的強度。造成砂漿強度偏低的主要原因是:①使用了不合格的水泥,如水泥存放時間過長,降低了活性,或受潮、有結塊,或是地方水泥廠生產的水泥,強度不穩定等;②施工配比不準確,少放水泥,多放了砂子和摻合料;③常溫施工不潤磚,砌筑時砂漿中的水分很快被磚吸干,造成水泥脫水,不能充分水化;④使用了不合要求的摻合料,如粘土混合砂漿用的粘土細度不合格,含有有害成分等。
        2)灰縫砂漿飽滿度不夠。磚砌體是用砂漿將零星的磚塊粘結在一起的,其強度不僅取決于磚和砂漿的實際強度等級,而且也和灰縫砂漿飽滿度有關。由于砌磚為手工操作,在砌體中,磚塊之間的砂漿不可能鋪得非常均勻、飽滿、密實,砂漿和磚表面不可能很均勻地接觸和粘結,存在一些空隙和孔洞,因此在砌體受壓時,砌體中的磚塊不是單純地均勻受壓,而是處于受壓、受彎、受剪等復雜的受力狀態之下。http://www.jxlqgc.com在使用同一種強度的磚和砂漿的情況下,砌體的實際強度隨砂漿飽滿度的變化而變化,灰縫砂漿飽滿度高的,砌體中空隙、孔洞就少,砌體的強度就高一些,反之,砂漿飽滿度低的,砌體強度也低一些,大約在20%范圍內變化。為了保證磚砌體的抗壓強度不低于設計規范中規定的數值,水平灰縫的砂漿飽滿度必須達到73.2%以上。國家標準從有利于保證工程質量出發,并考慮到實際施工的可能性,規定磚砌體的水平灰縫的砂漿飽滿度不得低于豎縫砂漿的設計要求,從而降低了砌體的承載能力。造成砌體灰縫砂漿飽滿度偏低的主要原因是:
       、俅u的形狀不合乎要求,如有的磚尺寸偏大,使灰縫厚度偏小,砌磚時,遇到砂漿里有較粗顆粒時,磚塊不容易把灰縫擠實。有的磚撓曲變形,使灰縫厚薄不均,也不容易擠實。
       、谏皾{和易性不好。如砂漿拌得太干,或骨料太粗,或沒有摻入塑化料等,使砂漿和易性不好。
       、凼┕r不潤磚,砌筑時磚塊很快把砂漿中的水分吸走,
      使砂漿失去和易而擠不實。

       、懿僮鞣椒ú划。有的地區習慣瓦刀砌法,這種操作性,因而也不能做到飽滿、密實。
        3)組砌方法不當。
        組砌方法不當包括出現立縫和兩層皮觀象,磚柱采用包心砌法等。一般宜采用滿順滿丁和梅花丁的砌法,內外兩皮磚層最多隔五層就應有一日丁磚拉結(五順一。,水池宜川三順一丁的組砌筑方法,磚柱不得采用包心組砌方法。
      4)接搓。
        磚砌體的接搓應采用退搓砌法,當退搓確有困難時,應當留引出墻面120mm的直搓,并按規定設拉條。
        5)磚的質量不合格。
        磚砌體的強度是與磚和砂漿的強度成正比的。因此,如果在施工中使用了強度等級低于設計要求的磚,必定要降低砌體的強度,從而影響其承載能力。除了磚的強度等級對砌體的承載能力有影響外。磚的形狀、焙燒情況、制磚粘土成分等,對砌體強度也有影響。http://www.hnlinqing.com需要特別指出的是,我國某些產石灰石地區的粘土中含有大量石灰石小卵石,有的磚廠在生產過程中篩選不嚴,把這些石灰石小卵石裹在磚坯里,焙燒后,石灰石變成生石灰,藏在磚的內部,嚴重影響磚的質量。這種磚,如不見水,強度還是很高的,但一潤水,便“爆炸”(生石灰吸水熟化膨脹,把磚脹成酥松體)。工人把這種磚叫做“爆炸磚”。如果把它用在砌體上,必然大大地降低砌體的承載能力。
        6)隨意打洞或留洞位置不適當。
        為了安裝水、暖、電管線,在已經砌好的磚墻、磚柱上隨意開槽打洞。有的開橫槽,把240mm寬的墻鑿去120mm.有的在柱子上打洞,把柱子截面鑿去了一半。還有的在不允許留洞的地方,如獨立磚柱、寬度小于1m的窗間墻、磚過梁上與過梁成60度角的三角形范圍內、梁或梁墊下及其左右各500mm的范圍內,以及門窗兩側180mm和轉角處430mm的范圍內留腳手眼。這些作法,都嚴重地破壞了砌體結構,使其承載能力大大降低。
       。3)未注意空曠房屋承載力降低因素。
        一些跨度較大,層高較高的而隔墻間距又較大的空曠磚砌房屋,如會議室、禮堂、食堂、農村企業車間等,因其磚垛承載力是隨高度的增加而減少的,若下降幅度過大會使承載力不足。
        例:陜西延長油礦綜合樓倒塌事故
        陜西省延長油礦綜合樓主體工程完工后,于1984年8月9日下午5葉25分,該樓的飯廳、會議廳突然倒塌,壓死工人11人,重傷3人,輕傷23入,直接經濟損失10余萬元。倒塌部分包括餐廳、會議廳、備餐廳和樓梯間,倒塌建筑面積732.6平方米。
        該飯廳(底層)和會議廳(二層)為磚混結構,長28.1m,跨度12m,層高48m,開問3m,內無橫墻,縱墻承重,墻厚370m,墻帶490×120m?的壁栓,窗間墻寬1.2m.屋蓋和樓蓋均為12m.“十”字形梁。校核工程舊圖紙,在原圖基礎上將砌筑砂漿標號由50號改為25號。
        例塌服因:砌筑沙漿標號降低后,一層梁底墻體局部承壓的安全系數k=1.7,一層墻體幾個主要截面的強度安全系數均在2.1左右,均小于規范的規定。
       。4)梁墊設計、施工不當。
        支承大梁的磚柱、窗間墻等,由于承受較大的集中荷載,往往需要設置梁墊,但有的工程設計未考慮設置梁墊,有的未經計算而按經驗設置的梁墊過小,有的設計雖有梁墊,但施工時未按設計要求去做,或者做法不對,這樣使磚柱、磚墻頂面處因局部承壓能力不夠而被壓碎,從而導致大梁跌落、引起重大事故。
        砌體在梁端下部的區地處于局部承壓的受力狀態。在梁端處砌體受力的面積較小,單價面積上壓應力較高,砌體在這種受力狀態下,其局壓強度明顯大于均勻受壓時的強度。目前解釋局壓強度提高的理論有“套箍”理論和“楔劈”理論。實際上,在局部荷裁作用下未受荷部分可以對受荷部分起到
      約束作用,也就是限制局部受荷部分的側向變形,另一方面,局部受荷部份的側向變形受到上部構件底面摩擦力的約束,兩者共同作用,構成材料局壓強度的提高。

        工程中磚砌體因局壓強度不足而出現破壞的實例是比較多的。防止砌體出現局壓破壞的方法除了增設混凝土梁墊外,還可以在砌體局部增加金屬網片,提高砌體的抗壓強度。
       。5)未注意高厚比的驗算,導致坡體失穩。
        有的墻體只進行了強度計算而未進行高厚比驗算。有的雖然設計中驗算了高厚比,但在施工中墻體失穩倒塌的例子較多。這是由于在施工過程中,房屋的結構尚未形成整體,有些墻體,磚柱處于懸臂或單獨受力狀態,如在施工中又未采取防風、防傾斜的臨時措施,就會造成失穩倒塌。
        例:湖南大庸黃家鋪鄉中心小學教室倒塌事故
        該教室為單層磚木結構,3m開間,木屋架跨度6m,建筑面積338.68?:,包括5間教室,3問宿舍。該工程1985年8月開工,9月交付使用。1986年3月13日下午2時左右,時值天降中雨,刮三級風,該建筑東頭第一間教室突然倒塌,使正在上課的31人受傷,其中重傷3人。
        該工程的框架直接擱置在24cm全斗墻上,下無暇磚也無其它構造措施,屋架下墻體承載能力不足是構成其例塌的原因之一;砌體砂漿強度低,墻的高厚比過大,墻的穩定性不夠,也是構成倒塌的重要原因。
        以上所列施工錯誤是一般建筑施工單位易出現的問題,至于某些施工技術較差的施工隊伍,施工中出現的錯誤更要嚴重。如湖南省衡南縣某社辦工廠1979年修建的一座4120平方米的混合結構建筑,2層樓,木屋頂掛瓦。是由一位不懂建筑技術的人設計的。設計中錯誤百出,很不安全,而施工中更是極不嚴肅,隨意修改設計,將原設計應為m5混合砂漿改為m0.4的砂漿,對490mm×490mm磚柱采用包心砌法,用大量半磚頭填心(磚柱采用包心砌法是非常危險的,各地發生過的一些磚柱倒塌事故,都與包心砌法有關)。240mm厚磚墻采用五順一丁、七順一丁,最多達十九順一丁砌筑,形成兩堵120mm厚的墻。施工中不潤磚,灰縫砂漿不飽滿,粘結不牢,這樣一個“先天不足、后天失調”,“遍體鱗傷”的建筑,有關行政領導又主觀決定再加層,將木屋頂改為鋼筋混凝;土平屋頂,結果該工程在建成后倒塌,造成多人傷亡的嚴重事故。
        3、砌體結構由于變形而產生事故的原因
       。1)沿墻面的變形。沿墻面水平方向的變形叫傾斜。沿墻面垂直方向的變形叫彎曲。
        1)由于施工不良造成的傾斜
       、倩铱p厚薄不均勻。
       、谄鲋皾{的質量不符合規定。例如:砂漿的流動太大,受壓后砂漿被擠出。
       、鄞u的砌法不符合規定,以致磚的互相咬合不好而發生傾斜,此時墻面伴有豎向裂逢。
        2)由于地基不均勻沉降造成的傾斜
       、俚刭|均勻,荷載(主要是恒載與活載地質均勻,)不均勻所造成的傾斜。
       、诤奢d均勻,所示荷載均勻,地質不均勻所造成的傾斜。
        3)由于橫墻側向剛度不足造成的傾斜
        橫墻由于高度大于寬度或開洞太多而側向剛度不足,在水平荷載作用下的側移超過規范規定的允許值,加上磚砌體是彈塑性變形材料,其側移中有相當一部分是塑性變形,即外荷載取消后,側移并不完全消失,而留有約30%的殘余側移。
        4)沿墻平面的彎曲
      < div>由于施工不良造成的彎曲原因同前,由于基礎不均勻沉降造成的彎曲原因如下:

       、偃绻奢d不均勻或地質不均勻,均有可能導致房屋的彎曲,包括向上或向下的彎曲。
       、诩词购奢d與地質均為均勻,但是如果地基是高壓縮性的,也會產生使房屋向下彎
        曲的沉降。這是由于基底應力的擴散,導致房屋縱向中點下地基的實際應力為最大而愈向兩端愈小;字悬c下地基受到比附近更大的壓應力,因而中點的沉降也必然比附近為大,造成基礎呈圓弧形的向下彎曲,也帶來上層建筑相同的彎曲變形。
       。2)出墻面的變形。垂直于墻面的變形叫“出墻面變形”,變形后,原來的豎向平面,變成曲面或斜平面。例如彎曲、傾斜等。
        1)由于施工不良所造成的變形
       、俨僮骷夹g不良,墻體兩側的灰縫厚度不均勻,造成彎曲或傾斜。當砌到一定高度后再發現,強行校正,此時灰縫實際厚薄仍然不均勻在受到較大壓力時,仍然恢復到原來的彎所示。曲或傾斜狀。
       、趦鼋Y法施工未遵守規定,因而在解凍時,受陽光照射的一面先解凍,在一定的豎向壓力下,向陽面的灰縫壓縮較大。承重墻表現為層間彎曲。愈向下則彎曲度愈大。非承重墻由于凍結法施工未能設置鋼筋混凝土圈梁,水平方向剛度極差,僅靠聯系墻牽制,在向陽傾斜時,為平面彎曲。當傾斜嚴重時,非承重墻與連系墻的連接破壞,以致整個墻體倒塌。
       、鄱藱M墻與縱墻連接處的砌筑咬合不好,在橫墻受到樓蓋的偏心荷載時,墻面呈外凸的趨勢。此時連接處將會發生斷裂,端橫墻就會發生向外凸的變形。
        2)由于墻身剛度不足所引起的變形
        高厚比過大,超過規范規定的允許值,即由于設計錯誤。
       、俜浅兄貕Γ合蛩矫嫱兑晻r可見其向外彎曲,向豎直面投視時可見其向外傾斜。
       、诔兄貕μ貏e是端部承重墻,水平投視可見其向外彎曲,豎直面投視也可見其向外彎曲。
       、郛斂v墻缺少與樓蓋的水平拉結時,在風力作用下會產生向外的傾斜。
        3)框架填充墻與排架圍護墻的出墻面變形
       、倏蚣芴畛鋲
        此墻的穩定性依靠兩側柱的拉結筋與上下頂聯接,要求預埋在柱內的插筋位置必須在灰縫處。此外在砌到梁底時不允許與下面一樣平砌,而應斜側砌與斜立砌,并使磚角上下頂緊。
       、谂偶車o墻
        依靠從排架柱預埋錨固筋的伸出,與圍護墻加強聯系。同時,承墻梁必須裝配成連續梁,其上下間距也不宜大于
        4)由于出墻面強度不足所引起的變形
        變形特征同上,多發生在外墻與偏心受壓墻,無論側視或俯視,均可見出墻面的
        曲,而且大多向外彎曲,多發生在偏心受壓的情況下。5)由于地基不均勻沉降引起出墻面變形
       、儆捎趬w缺少水平向的拉結,在受到風吸力或樓蓋的擠壓后向外傾斜,造成基底
        外側的應力偏大,基礎隨之轉動。
       、趬囊粋扔休^大的長期荷載,該側的地基壓縮變形比另一側大,基礎發生轉動,
        造成墻體出平面的變形。
       、墼诳拷鼔囊粋韧谕,或深度超過墻基使該側的地基遭到擾動;蛏疃认嗤捎凇傲魃啊爆F象使該側的地基土粒流失,造成基礎傾斜并導致墻體傾斜。
       、苘浲恋鼗杭芸盏匕逑碌幕A,由于地板離基礎較近,基礎直接受到偏心荷載的影響,而設計時未按偏心受壓基礎設計,因而發生基礎向內傾斜,墻體隨之發生向內的出墻面彎曲。

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