鋼結(jié)構(gòu)屋面裂縫分析及防治全套

鋼結(jié)構(gòu)屋面裂縫分析及防治全套1、概述隨著城市建設(shè)的發(fā)展,建筑功能和造型的需要,公共建筑物的屋面,除單一的結(jié)構(gòu)形式外,還建造了一些部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),部分為網(wǎng)架或輕鋼結(jié)構(gòu)等組合屋面的建筑物。這些由不同材料、不同結(jié)構(gòu)形式組成的屋面,由于結(jié)構(gòu)及材料的線膨脹系數(shù)不同,當(dāng)溫度變化時(shí),其變形不同于由單一材料組成的屋而;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架或輕鋼結(jié)構(gòu)的變形不一致,將對(duì)屋面及主體結(jié)構(gòu)造成損害。由溫度引起的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋面的變形和應(yīng)力,可按網(wǎng)架、輕鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋面的約束,根據(jù)邊界條件,按彈性力學(xué)和有限元方法計(jì)算。對(duì)于混凝土拉應(yīng)變較大區(qū)域,應(yīng)增加配筋,并采取有效的保溫隔熱措施,減小溫差效應(yīng)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋面及主體結(jié)構(gòu)的不利影響,結(jié)合某健身中心由溫差引起的結(jié)構(gòu)裂縫,說明對(duì)具有不同材料、不同結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成的不規(guī)則屋面的建筑物,應(yīng)充分估計(jì)溫度變化對(duì)屋面及主體結(jié)構(gòu)可能造成的損害,并采取防治措施。本健身中心為二層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，人工挖孔樁基礎(chǔ)。該建筑物部分屋面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其隔熱層為25mm厚擠塑聚乙烯泡沫板;部分屋面陽光板結(jié)構(gòu),錐形網(wǎng)架頂高為11.9m;部分屋面為拱形網(wǎng)架一陽光板結(jié)構(gòu)9.75m,B、H軸框架梁為拱形網(wǎng)架支座;建筑物西南角的一個(gè)房間在二層無樓板.東側(cè)兩個(gè)開間為壁球室,在二層無樓板。一、二層層高分別為3.6、3.3m,主框架跨度為4.8~12.6m,該建筑物長(zhǎng)42.2m,寬19.3m,建筑面積近1300m2?？⒐ず蟋F(xiàn)澆板(尤其是屋面)、梁、填充墻多處開裂,屋面局部漏水,導(dǎo)致健身中心不能正常使用。2、裂縫原因分析根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘,該樓的梁、板、柱基本滿足結(jié)構(gòu)承載力要求,沉降穩(wěn)定。該樓開裂的主要原因是溫度效應(yīng)及結(jié)構(gòu)自身缺陷所致,現(xiàn)按裂縫所在位置分析如下：(1).屋面、樓面裂縫該樓現(xiàn)澆屋面板的貫通裂縫見(圖1-3)。該建筑物的樓、屋面材料及形式分別為:(1)兩層鋼筋混凝土樓(屋)面;(2)僅一層鋼筋混凝土屋面;(3)一層鋼筋混凝土樓面+錐形網(wǎng)架一光板屋面;(4)僅拱形網(wǎng)架陽光板屋面。由于同一種材料的樓面及屋面,部分不連續(xù)導(dǎo)致該樓抵御變形的能力降低;尤其是屋面一部分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),一部分為網(wǎng)架光板結(jié)構(gòu),導(dǎo)致屋面結(jié)構(gòu)相互約束及變形不一致,當(dāng)溫度變化時(shí),由于兩種屋面的自身溫差及相互間溫差情況的差異,使屋面溫度效應(yīng)明顯,膨脹或收縮的不均勻?qū)е挛菝婕罢Y(jié)構(gòu)受扭,當(dāng)屋面在夏日暴曬后突遇降兩以及晝夜溫差引起的混凝土主拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí),屋面便出現(xiàn)裂縫屋面平行于橫向框架梁方向的板上多處貫通裂縫、貫通斜裂縫、挑出檐口板垂直于框架邊梁的裂縫、挑出檐口板陰角處與框架邊梁呈45°的裂縫(圖1-3)。這主要是由于:1)隔熱層隔熱效果欠佳;(2)板對(duì)溫度變化遠(yuǎn)比梁敏感,板的收縮遠(yuǎn)大于屋面連續(xù)梁、框架梁,梁、柱對(duì)板的約束,使板受拉;(3)部分斜裂縫是由于屋面現(xiàn)澆板在縱橫方向脹的約束合力作用所引起;4)②、③、④軸板面負(fù)彎矩鋼筋長(zhǎng)度過短,從邊僅伸出400mm或500mm,且板的縱、橫向配筋率偏低,不能有效限制裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展;(5)②軸與①軸相交處附近區(qū)域,屋面開洞設(shè)陽光板,且①~②軸和①~①軸所圍區(qū)域在二層無光板屋面相交處,當(dāng)屋面收縮時(shí),由于兩者收縮的差異,網(wǎng)架一陽光板屋面限制鋼筋混凝土屋面的收縮,導(dǎo)致屋面在該區(qū)域產(chǎn)生不均勻變形及翅曲,并出現(xiàn)裂縫;(7)⑤軸與國(guó)軸相交處區(qū)域,由于鋼筋混凝土屋面沿橫向不連續(xù),由收縮引起的應(yīng)力集中,使屋面板出現(xiàn)與⑤軸框架梁呈45貫通裂縫。該樓現(xiàn)澆二層樓面板的貫通裂縫見圖4,1-2。⑤~③軸與D軸所圍的乒乓球室(1)為井式梁板結(jié)構(gòu),其屋面為錐形網(wǎng)架一陽光板結(jié)構(gòu)。投入使用前,乒乓球室窗戶密閉,夏天日照引起的高溫難以散發(fā),使該區(qū)域的二層樓板所受的溫度效應(yīng)相當(dāng)于屋面。局部區(qū)域內(nèi)的持續(xù)的高溫,導(dǎo)致乒乓球室(1)附近的二層樓板出現(xiàn)與縱向連續(xù)梁重直的貫通裂縫及其他不規(guī)則貫通裂縫。由于乒乓球室(1)為井式粱板結(jié)構(gòu)其板的收縮(梁對(duì)板的約束)小于主次梁結(jié)構(gòu)形式的單向板,故乒乓球室(1)區(qū)域內(nèi)的梁板未出現(xiàn)肉眼可見裂縫.(2).連續(xù)梁、框架梁、柱的裂縫屋面幾乎所有框架梁、連續(xù)梁出現(xiàn)根數(shù)及間距不等、沿梁高至板底幾乎通長(zhǎng)的垂直裂④軸邊框架梁外,其余垂直裂縫特征是位于屋面中部的梁裂縫多于四周;(2)二層①軸上的③一③軸間框架梁上支承拱形網(wǎng)架的鋼筋混凝土墩與框架粲相交處的水平裂縫;屋面⑤軸上的①~①軸間、③軸上的①一⑤軸間、@軸上的⑤一③軸間支承錐形網(wǎng)架的框架梁也有類似現(xiàn)象;(3)屋面②軸上~①軸間框架梁、二層⑩軸上⑤~⑧軸間框架梁端附近的斜裂縫;(4)⑩軸與①軸相交處柱柱頭在框架梁底的水平裂縫;該框架梁在柱邊1.2m左右范圍內(nèi)沿梁底筋處出現(xiàn)的與底筋約呈45°的平行短斜裂縫。除隔熱層隔熱效果欠佳外,引起以上裂縫的原因還有:(1)當(dāng)屋面溫度變化時(shí),柱、框架梁對(duì)連續(xù)梁的約束,柱對(duì)框架梁的約束;(2)兩種不同材料、不同形式的屋面,膨脹及收縮不一致,屋面被約束的情況不一,導(dǎo)致屋面受扭;(3)網(wǎng)架對(duì)鋼筋混凝土屋面的水平約束及對(duì)梁上混凝土墩的水平的斜裂縫;(4)⑩軸與①軸相交處柱柱頭在框架梁底的水平裂縫;該框架粱在柱邊1.2左右范圍內(nèi)沿梁底筋處出現(xiàn)的與底筋約呈45的平行短斜裂縫,除隔熱層隔熱效果欠佳外引起以上裂縫的原因還有:(1)當(dāng)屋面溫度變化時(shí),柱、框架梁對(duì)連續(xù)梁的約束,柱對(duì)框架梁的約束;(2)兩種不同材料、不同形式的屋面,膨脹及收縮不一致,屋面被約束的情況不一,導(dǎo)致屋面受扭;(3)網(wǎng)架對(duì)鋼筋混凝土屋面的水平約束及對(duì)梁上混凝土墩的水平力;(4)混凝土的早期收縮等（3）.墻體裂縫屋面由于溫差及約束引起的墻體裂縫有:(1)屋面邊框架梁以及其他部位的框架梁與物其他部位留回墻裂小于此,可見本建筑物由溫差引起的網(wǎng)架對(duì)窗間墻的水平作用大于鋼筋混凝土屋面對(duì)窗間墻的作用.底層墻體除具有部分上述裂縫外,尚有窗下墻的垂直及斜裂縫。引起這些裂縫的主要原因有:(1)部分填充墻未按要求設(shè)置構(gòu)造柱、拉梁;(2)柱邊設(shè)置的門窗對(duì)墻體的削弱;(3)個(gè)別框架梁截面高度偏小,填充墻對(duì)梁變形的約束,當(dāng)約東應(yīng)力超過砌塊與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度時(shí),填充墻沿灰縫開裂;(4)支承一層墻體的基礎(chǔ)粱高度偏小,其高跨比為1/24~1/15.6,基礎(chǔ)梁撓度過大,導(dǎo)致填充墻開裂;(5)在②、③、⑤、⑩軸,支承墻體的基礎(chǔ)僅為200m厚的倒梯形素混凝土,由于墻基的開裂、沉降,導(dǎo)致墻體開裂。一層8~10軸與C-F軸范圍內(nèi)的兩間壁球室,其上只有拱形網(wǎng)架一陽光板屋面,雖然該壁球室在二層無樓板,只有兩層墻體,但⑨軸與⊙軸相交處不設(shè)柱,⑨軸上不設(shè)框架梁,②軸及@軸上近7m高的墻體,僅由200m厚的倒梯形素混凝土基礎(chǔ)承受;壁球室四周密封,夏天日照引起的高溫?zé)o法散發(fā)。結(jié)構(gòu)缺陷及室內(nèi)持續(xù)高溫,導(dǎo)致壁球室墻體裂縫嚴(yán)重，并使其溫差效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)影響加劇。?3、加固情況用環(huán)氧樹脂漿液修補(bǔ)屋面板裂縫;對(duì)于貫通裂縫,在板面及板底貼三層碳纖維布;并在鋼筋混凝土屋面,設(shè)輕鋼架空隔熱層;對(duì)于錐形(拱形網(wǎng)架一陽光板屋面,在其下墻體上設(shè)通風(fēng)窗或排氣扇。用環(huán)氧樹脂漿液修補(bǔ)連續(xù)梁、框架梁裂縫;對(duì)梁上裂縫有可能影響結(jié)構(gòu)安全的個(gè)別連續(xù)梁、框架粲,采用粘貼鋼板的方法加固,并在框架梁梁端加小牛腿與柱可靠連扌對(duì)墻體裂縫采用鋼絲網(wǎng)一水泥砂漿的方法修補(bǔ),鋼絲網(wǎng)至少有一邊釘在梁或柱上。4、結(jié)語1)對(duì)由不同材料、不同結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成的不規(guī)則屋面的建筑物,應(yīng)充分估計(jì)溫度變化對(duì)屋面及主體結(jié)構(gòu)造成損害?？砂闯Ｒ?guī)方法計(jì)算溫度變化對(duì)屋面