普陀區(qū)某過街樓裂縫原因分析

■ 朱 煒 ZHU Wei

0 引言

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB 50068—2001)中指出，建筑結(jié)構(gòu)的可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的能力，對其概率的度量稱為結(jié)構(gòu)可靠度。這里“規(guī)定的時間”，一般是指設(shè)計基準期，對既有建筑而言，一般是指后續(xù)使用年限；“規(guī)定的條件”是指正常設(shè)計、正常施工和正常的使用條件，不包括人為過失的影響；“預定的功能”則是在正常施工和使用時能承受可能出現(xiàn)的各種作用（即安全性），在正常使用時具有良好的工作性能（即適用性），在正常維護下具有足夠的耐久性，以及在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。

由建筑結(jié)構(gòu)的可靠性定義可以看出，一個建筑結(jié)構(gòu)要完成“預定的功能”，必須在正常設(shè)計、正常施工、正常使用和正常維護的條件下進行，而在實際工程中，人們往往只重視正常設(shè)計、正常施工和正常使用，對正常維護這個規(guī)定的條件有所忽視。事實上，在工程中經(jīng)常會遇到許多由于缺少日常維護而導致結(jié)構(gòu)承載力失效的情況。本文將結(jié)合案例分析其由于缺少日常維護管理而導致出現(xiàn)嚴重裂縫的情況。

1 工程概況

普陀區(qū)某過街樓為一幢單層的鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)房屋，建造于上世紀80年代。房屋東西向總長約8.30m，南北向總寬約14.90m，室外地坪至過街樓樓面總高約4.10m。過街樓的柱網(wǎng)軸線尺寸分別為8.3m×3.5m、8.30m×4.00m、8.30m×5.40m，混凝土柱截面尺寸均為250mm×250mm，南北向混凝土連梁及軸封口梁截面尺寸均為250mm×350mm，東西向混凝土主梁的截面尺寸為250mm×900mm，屋面為160mm厚的現(xiàn)澆混凝土樓板。其中，過街樓的混凝土梁均為上翻梁，混凝土梁板與混凝土柱之間為二次澆筑，其節(jié)點不是整澆節(jié)點，而是混凝土梁擱置在混凝土柱頂，擱置長度僅為70～100mm（圖1、2）。

本世紀初，使用單位在該過街樓的一層局部增設(shè)了填充墻，圍成商鋪和門房使用。使用不久即發(fā)現(xiàn)該過街樓的一側(cè)混凝土柱頂開裂，橫向混凝土主梁的跨中頂部也出現(xiàn)了明顯的垂直裂縫。

2 現(xiàn)場檢測結(jié)果

2.1 結(jié)構(gòu)布置與主要構(gòu)件截面尺寸檢測

由于委托方未提供過街樓的相關(guān)圖紙資料，我們對過街樓的建筑、結(jié)構(gòu)布置情況及主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸進行現(xiàn)場測繪，測繪結(jié)果如圖1、2所示。

圖1 過街樓建筑平面示意圖

2.2 過街樓混凝土強度和配筋檢測

根據(jù)現(xiàn)場條件，采用回彈法對房屋的部分混凝土柱、梁的強度進行抽樣檢測，檢測結(jié)果表明實測混凝土構(gòu)件的強度達到了C20的要求。對混凝土柱、梁的配筋進行檢測，混凝土柱縱向配筋4φ16，箍筋φ6@200，無加密區(qū)；混凝土梁的梁底配筋為4φ25，梁頂配筋為216，箍筋為φ6@200。

圖2 過街樓結(jié)構(gòu)平面示意圖

2.3 過街樓損傷情況調(diào)查

對過街樓主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷情況進行現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)果表明過街樓目前存在的主要問題是：①在③軸位置主梁擱置處的混凝土柱柱頂處，局部混凝土碎裂（圖3）；②沿②軸處，東西向混凝土主梁存在豎向貫穿裂縫，裂縫由梁頂垂直向下延伸至樓板，寬度在0.5～2.0mm之間，上寬下窄（圖4）。

2.4 過街樓樓板板底相對高差測量

圖3 混凝土柱柱頂裂縫

圖4 混凝土梁梁頂垂直裂縫

采用全站儀測量該過街樓樓板板底的相對高差，以反映過街樓屋面的變形情況，測量結(jié)果包括原始施工誤差、測量誤差和累計總體變形在內(nèi)（圖5）。由測量結(jié)果可知，在測量范圍內(nèi)，屋面南北向無明顯的變形規(guī)律，東西向則為東側(cè)相對較低，③軸處比②軸處樓板低約13～37mm，平均值約為30mm。這說明由于柱頂?shù)幕炷灵_裂，東西向混凝土主梁東端出現(xiàn)了一定下?lián)犀F(xiàn)象，以②軸作為支撐點，東西向混凝土主梁的撓度達到1/165左右。

3 損傷原因分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測和調(diào)查可知，過街樓目前存在較嚴重的裂縫損傷和變形情況，無論是混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度還是混凝土主梁的變形，均超過了《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292—2015）中混凝土構(gòu)件安全性鑒定要求的du級。因此，該過街樓存在較嚴重的安全隱患，需要馬上對其進行維修和加固處理。

在對其進行維修加固處理前，首先應對其產(chǎn)生裂縫損傷和變形的原因進行分析，防止今后再次發(fā)生類似事故。

圖5 過街樓樓板板底相對高差示意圖

調(diào)查結(jié)果表明，該過街樓混凝土構(gòu)件裂縫和變形的出現(xiàn)時間較不尋常。該樓建造于上世紀80年代，正常使用至本世紀初，均無明顯的損壞現(xiàn)象；裂縫是在梁下砌筑了填充墻后出現(xiàn)的。

從正常的結(jié)構(gòu)受力分析，在梁下砌墻后，梁上的部分荷載可以通過填充墻傳遞至地基，無論是過街樓的混凝土梁還是混凝土柱，其承擔的荷載均有所降低，因此，填充墻的砌筑應該不是造成過街樓混凝土梁、柱裂縫的原因。同時，對過街樓結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力驗算分析結(jié)果表明，在正常使用條件下，按實測的混凝土強度和配筋，即使按上人屋面的荷載考慮，混凝土梁、柱的承載力、柱頂?shù)木植渴軌撼休d力均滿足要求。這也解釋了為什么在過街樓早期使用過程中未發(fā)生明顯損壞的原因。

然而，在改建后，在混凝土構(gòu)件承受荷載明顯減小的情況下卻出現(xiàn)了損傷現(xiàn)象，其原因與原結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工關(guān)系不大，而應與后期使用過程的荷載變化有關(guān)。

進一步調(diào)查結(jié)果表明，該屋面存在明顯的積水痕跡（圖5）。同時，用戶也反映，該屋面逢雨天會有明顯的積水現(xiàn)象。實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該屋面混凝土梁與混凝土板交接處預留的排水口由于長期未清理，已基本被全部堵塞。由于該過街樓屋面的混凝土梁均為反梁，當排水口被堵塞后，屋面的積水無處可排，當雨量較大時，就會在屋面出現(xiàn)較深的積水?？紤]到該混凝土梁上翻高度達到750mm左右，則理論上積水深度也會達到750mm，該附加荷載遠遠超過了設(shè)計考慮的屋面荷載。

驗算結(jié)果表明，當考慮發(fā)生屋面積水等不利工況時，由于東西向混凝土梁在③軸處混凝土柱頂?shù)臄R置長度相對較短（僅為70～100mm），在較大的荷載作用下，③軸處柱頂混凝土局部受壓承載力不足，使得柱頂局部混凝土被壓壞，并發(fā)生較大的壓縮變形，從而導致東西向混凝土梁在③軸處的支座發(fā)生向下的位移。實測結(jié)果表明，向下的位移平均達到了30mm。由于②軸處砌有磚墻，在③軸處梁端發(fā)生支座位移后，梁的受力狀態(tài)發(fā)生變化，該梁由原來的簡支梁變成②軸磚墻（位于梁跨中）中支座的雙跨梁。②軸處主梁梁頂由受壓變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，在③軸處柱頂發(fā)生較大的壓縮變形后，②軸處梁截面承載力難以滿足要求，從而導致該處梁頂發(fā)生豎向貫穿裂縫，裂縫上寬下窄。

由以上的分析結(jié)果可知，該過街樓存在的損傷問題主要是由于房屋缺少日常維護造成排水口堵塞，使得屋面積水，導致屋面超載而形成的。

4 加固處理

鑒于該過街樓存在嚴重的損傷現(xiàn)象，已難以滿足安全性的使用要求，決定采用擴大截面法對混凝土構(gòu)件進行加固處理，同時，要求物業(yè)管理部門定期對該屋面的排水系統(tǒng)進行清理，避免堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。加固后至今，該過街樓的使用狀況良好，未發(fā)現(xiàn)新的損傷現(xiàn)象。

5 結(jié)論

由以上的事故案例分析，我們可以得出如下結(jié)論：

（1）要確保房屋結(jié)構(gòu)的安全使用，除了要保證其正常設(shè)計、正常施工和正常使用外，也要注重房屋結(jié)構(gòu)日常的維護工作，特別是屋面積水問題。對于某些特殊的結(jié)構(gòu)，如果不能及時解決屋面積水問題，會造成較大的附加荷載。當其作用效應超出混凝土構(gòu)件的抗力后，就會導致混凝土構(gòu)件的破壞。

（2）對于某些特殊的結(jié)構(gòu)，除了要注重混凝土構(gòu)件本身的承載力外，還需要注意其局部受壓承載力，在某些不利情況下，可能會發(fā)生局部受壓破壞。