某工業(yè)廠房屋面梁開裂檢測鑒定及原因分析

江秋建

(1.福建省建筑科學研究院　福建福州　350025;2.福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室　福建福州　350025)

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某工業(yè)廠房屋面梁開裂檢測鑒定及原因分析

江秋建

(1.福建省建筑科學研究院福建福州350025;2.福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室福建福州350025)

通過具體工程實例，介紹工業(yè)廠房屋面梁開裂檢測鑒定及原因分析過程。首先對設(shè)計竣工圖進行復核驗算，判斷廠房設(shè)計圖紙是否符合規(guī)范要求，然后對現(xiàn)場框架柱、梁等構(gòu)件施工質(zhì)量及工作狀況進行檢測，最后在圖紙復核驗算、施工質(zhì)量、現(xiàn)狀檢測的基礎(chǔ)上，結(jié)合廠房使用過程相關(guān)資料，分析屋面梁開裂原因，并總結(jié)了經(jīng)驗教訓。

裂縫；檢測鑒定；施工質(zhì)量；圖紙復核

0　引言

在工程實踐中經(jīng)常會遇到各種項目的檢測，其中工程質(zhì)量檢測和梁板開裂原因分析的委托是占比較大的，它涉及到建筑物后續(xù)的安全與正常使用，也關(guān)系到項目相關(guān)單位的利益。當工程質(zhì)量出現(xiàn)問題的時候，經(jīng)常引起各方糾紛甚至對簿公堂。因此如何檢測鑒定并作出讓人信服的結(jié)論顯得尤為重要。通過具體工程實例，介紹工業(yè)廠房屋面梁開裂檢測鑒定及原因分析過程，希望對類似的工程提供一些參考。

1　工程概況

某廠房為多層現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，建筑面積約為4 500m2，共分為2個結(jié)構(gòu)單元，檢測時尚未投入使用。該廠房(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域屋面結(jié)構(gòu)圖見圖1，屋面板上放置多個生產(chǎn)所需的罐體，見圖2、圖3，廠房正式投入使用時罐體內(nèi)均儲水。為試運行生產(chǎn)系統(tǒng)，建設(shè)單位于3月22日上午開始灌注自來水，對(7-13軸)的罐體POl-1#至Pol-6#同時灌注。3月23日上午發(fā)現(xiàn)這6個罐體內(nèi)進水量不一，于是對(7-9軸)的罐體Pol-1#、Pol-2#先注水加滿后再分別對罐體(9-11軸)的罐體Pol-3#、Pol-4#和(11-13軸)的罐體Pol-5#、Pol-6#注水直至加滿為止。3月27日中午施工單位現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域內(nèi)多處屋面梁開裂，典型照片見圖4，當天下午立即開始將6個罐體的水同時排出，至3月28日罐體的水全部排完。設(shè)備平臺POl-1#至Pol-6#每個罐體重量為4t，容量為40m3。罐體底部基座為100mm厚水泥砂漿。(13-14)軸區(qū)間目前安裝的2個罐體MD1-1#， MD1-2#，每個罐體重量為5.5t，容量為34m3，通過鋼管支撐于屋面，當時尚未注水。由于施工單位、設(shè)計單位等各方對屋面梁的開裂原因存在不同意見，同時對施工質(zhì)量存在爭議，我單位對設(shè)計竣工圖進行復核驗算，判斷廠房設(shè)計圖紙是否符合規(guī)范要求，然后對現(xiàn)場框架柱、梁等構(gòu)件施工質(zhì)量及工作狀況進行檢測，最后在圖紙復核驗算、施工質(zhì)量、現(xiàn)狀檢測的基礎(chǔ)上，結(jié)合(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域內(nèi)屋面安裝、試載過程說明及其他相關(guān)資料，分析屋面梁開裂原因。

2　圖紙復核驗算

依據(jù)房屋設(shè)計時期的國家相關(guān)結(jié)構(gòu)規(guī)范及建設(shè)單位提供的設(shè)計圖紙、地質(zhì)勘察報告及相關(guān)資料對該廠房整體結(jié)構(gòu)設(shè)計施工圖進行復核驗算，判斷該廠房設(shè)計圖紙結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足規(guī)范要求。

(1)根據(jù)建設(shè)單位提供的設(shè)計施工圖進行分析，該廠房房屋高度未超過規(guī)范限值要求，該車間標高9m處設(shè)備層平面大開洞，樓板局部不連續(xù)，側(cè)向剛度不連續(xù)，為平面不規(guī)則及豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，該車間Ⅱ區(qū)全長69.7m，設(shè)計為平面不規(guī)則及豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。房屋總長約100m，設(shè)計在(6)～(7)軸間設(shè)置縫寬為100mm的變形縫，在(13)～(14)軸間設(shè)后澆帶進行補償，基本滿足規(guī)范對變形縫的要求。

(2)該廠房持力層為中風化粉砂巖層，2個結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)采用鉆孔擴底灌注樁及局部柱下獨立基礎(chǔ)，不滿足建造時設(shè)計規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[1]GB 50011-2001(2008)第3.3.4.2條同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基的規(guī)定。根據(jù)建設(shè)單位提供的設(shè)計施工圖及巖土工程報告進行復核驗算、分析，柱下獨立基礎(chǔ)的承載力、樁基礎(chǔ)的單樁豎向承載力與樁身強度符合規(guī)范要求。

(3)根據(jù)建設(shè)單位提供的設(shè)計施工圖及委托方和設(shè)計院提供的設(shè)計荷載進行復核驗算、分析，框架柱、梁、板承載能力可滿足規(guī)范要求；按彈性方法計算的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移角未超過規(guī)范限值要求；抗震構(gòu)造措施上，框架柱梁截面尺寸、柱軸壓比、柱梁的縱筋配置、柱箍筋加密區(qū)的體積配筋率、柱梁箍筋加密區(qū)的箍筋肢距等可滿足規(guī)范要求。

以上驗算結(jié)果表明設(shè)計圖紙無偏差，可以排除設(shè)計方面對梁開裂造成的影響。

3　施工質(zhì)量檢測

(1)根據(jù)目前狀況對(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域內(nèi)8.970m標高處梁采用超聲回彈綜合法[2]結(jié)合鉆芯修正[3]進行現(xiàn)齡期砼強度檢測，其余部位梁采用回彈法[4]進行現(xiàn)齡期砼強度檢測，框架柱采用回彈法或回彈法結(jié)合鉆芯修正來進行現(xiàn)齡期砼強度檢測，均采用批量檢測方式進行。

所檢82根柱的現(xiàn)齡期砼強度推定值為<10MPa～45.7MPa，其中46根柱的砼現(xiàn)齡期強度推定值低于設(shè)計強度等級C25。所檢107根梁的現(xiàn)齡期砼強度推定值為<10MPa～32.8MPa，其中83根梁的砼現(xiàn)齡期強度推定值低于設(shè)計強度等級C25。由于部分檢測批的批標準差超過規(guī)范允許值，部分構(gòu)件的砼強度推定值小于10MPa，該類檢測批的砼強度無法按批推定。

⑵抽取部分框架柱、梁構(gòu)件進行鋼筋分布檢測(指柱縱筋、梁底主筋分布及柱、梁箍筋間距檢測)，鋼筋數(shù)量及箍筋間距采用鋼筋掃描儀進行掃描，鑿開部分砼保護層用游標卡尺實測鋼筋內(nèi)徑確定鋼筋直徑。框架柱、主梁的檢測數(shù)量根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》[5](GB/T 50344-2004)中的B類進行抽取，次梁的檢測數(shù)量根據(jù)A類進行抽取。

7根所檢柱檢測部位主筋根數(shù)符合設(shè)計要求，角筋規(guī)格大于設(shè)計值，其余22根符合設(shè)計要求。10根所檢梁檢測部位主筋根數(shù)或鋼筋規(guī)格不符合設(shè)計要求，其余84根符合設(shè)計要求。38根所檢柱的箍筋分布或箍筋規(guī)格不符合設(shè)計要求，其余9根符合設(shè)計要求。58根所檢梁的箍筋分布或箍筋規(guī)格不符合設(shè)計要求，其余33根符合設(shè)計要求。

(3)截取2組鋼筋進行力學性能試驗，所檢2組鋼筋力學性能指標符合HRB400要求。

以上檢測結(jié)果表明施工單位施工在砼強度、主筋、箍筋配筋項目上均存在部分構(gòu)件達不到設(shè)計要求，可能造成梁開裂，需結(jié)合計算模型進行綜合分析再下結(jié)論。

4　屋面梁開裂原因分析

混凝土結(jié)構(gòu)常見的裂縫分為以下幾類[6]：(1)荷載裂縫(2)溫度裂縫(3)收縮裂縫(4)地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫(5)鋼筋銹蝕引起的裂縫。混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因有以下幾條[6]：(1)材料使用不當(2)施工控制不當(3)設(shè)計偏差(4)使用不當，超載(5)其他原因：體現(xiàn)在混凝土使用中的高溫、高腐蝕環(huán)境；使用中隨意改變結(jié)構(gòu)的使用導致荷載受力出現(xiàn)問題；不注意清除常年積灰，凍脹凍融，反復荷載的疲勞作用等。

(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域內(nèi)除(7)、(16)軸外的數(shù)字軸框架梁均開裂，(7～11)-(1/A0)軸梁開裂，(10-11)-(A) 、(14-15)-(A)軸梁開裂，所檢砼梁裂縫寬度測讀值最大為1.20mm，該區(qū)域內(nèi)典型主梁裂縫分布示意圖見圖5。從(7-16)-(1/A0-A)屋面梁裂縫形態(tài)看，主梁在兩端處出現(xiàn)八字形裂縫，呈現(xiàn)典型的斜截面承載力不足導致開裂的特征，現(xiàn)場未見鋼筋銹蝕現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)周邊地面局部沉陷或開裂，上部結(jié)構(gòu)墻體未出現(xiàn)明顯的不均勻沉降裂縫，因此可判斷該裂縫為荷載裂縫。

該廠房尚未投入使用，現(xiàn)場檢查未見高溫、高腐蝕環(huán)境，未見積灰，凍脹凍融或反復荷載的疲勞作用，圖紙復核驗算結(jié)果表明設(shè)計圖紙無偏差。

檢測結(jié)果表明(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域所檢屋面梁的現(xiàn)齡期砼強度均低于設(shè)計強度等級C25，且普遍低于C15，所檢的7根橫向框架主梁中有6根梁底主筋配筋面積小于設(shè)計值，所檢的4根橫向框架主梁箍筋分布中有3根主梁箍筋間距實測值為130mm～138 mm，大于設(shè)計值(100mm)，其中(12)、(13)軸實測箍筋直徑均為8mm，小于設(shè)計直徑10mm。(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域屋面梁實際砼強度遠低于設(shè)計強度等級C25，不符合建造時設(shè)計規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[7](GB 50010-2002)第4.1.2條規(guī)定(即鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應低于C15，當采用HRB400級鋼筋時混凝土強度等級不得低于C20)，實測部分構(gòu)件實配鋼筋小于設(shè)計值，致使結(jié)構(gòu)承載能力大幅下降。按設(shè)計活載及實測的砼強度進行驗算，發(fā)現(xiàn)大部分屋面梁承載能力不滿足規(guī)范要求。按現(xiàn)狀罐體位置、罐體試載荷載及實測的砼強度進行驗算，發(fā)現(xiàn)大部分屋面梁承載能力不滿足規(guī)范要求。

建設(shè)單位及設(shè)計單位提供的荷載取值說明：(7-16)-(1/A0-A)軸區(qū)域屋面設(shè)備平臺(7)軸-(13)軸設(shè)計活荷載取20kN/m2，設(shè)備平臺(13)軸-(16)軸設(shè)計活荷載取15kN/m2。而根據(jù)屋面實際狀況，按現(xiàn)狀罐體位置、罐體試載荷載及設(shè)計砼強度進行驗算，(7-13軸)區(qū)域產(chǎn)生的荷載效應大于設(shè)計荷載下的荷載效應，2根主梁計算所需箍筋及少數(shù)次梁計算所需主筋大于設(shè)計配筋，說明實際試水試驗荷載超過原設(shè)計荷載即超載。如果其他條件不變，按實測的砼強度進行驗算，大部分屋面梁承載能力不滿足規(guī)范要求。

施工質(zhì)量和試驗荷載在不同情況下對屋面梁承載能力的影響會有所不同，見表1。

表1　施工質(zhì)量和試驗荷載在不同情況下對屋面

從表格看出，施工質(zhì)量不符合設(shè)計或試水試驗荷載大于設(shè)計時均會造成屋面梁承載能力不滿足進而出現(xiàn)裂縫，如果只有施工質(zhì)量不符合設(shè)計會造成大部分屋面梁承載能力不滿足，如果只有試驗荷載不符合設(shè)計則會造成少數(shù)梁承載能力不滿足，說明施工質(zhì)量不符合設(shè)計對屋面梁承載能力的影響要大于試驗荷載不符合設(shè)計時的影響。綜合以上分析及計算結(jié)果，(7-16)-(1/A0-A)屋面梁裂縫產(chǎn)生的主要原因為施工控制不當，施工質(zhì)量達不到設(shè)計要求，次要原因為試水試驗荷載大于原設(shè)計荷載。

5　結(jié)語

通過本次工程質(zhì)量檢測及開裂原因分析， 對于此類工業(yè)廠房的建造及使用過程可以吸取一些經(jīng)驗教訓:

(1)各相關(guān)單位在施工過程中應加強監(jiān)管，保證施工質(zhì)量達到設(shè)計要求。

(2)砼構(gòu)件成型后投入使用前應抽取部分構(gòu)件對其施工質(zhì)量進行檢測。

(3)廠房的恒、活載不得超過設(shè)計荷載，當設(shè)備荷載變更應及時通知設(shè)計院進行復核驗算，設(shè)計院復核驗算通過后方可變更設(shè)備荷載。

(4)在廠房加載或使用中加強觀察和監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)梁板開裂等異常情況應立即停止加載或使用并聯(lián)系相關(guān)單位進行處理。

[1]GB 50011-2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2]CECS 02-2005 超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[3]CECS 03-2007 鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[4]DBJ 13-71-2006 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[5]GB/T 50344-2004 建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[6]張運偉.淺談混凝土結(jié)構(gòu)裂縫處理與加固[J].山西建筑，2011，37(27)：39-40.

[7]GB 50010-2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

Detection and Identification of the roof Beam Crack of an Industrial Factory and Its Reason Analysis

JIANGQiujian

(1.Fujian Academy of Building Research Fuzhou 350025；2.Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology Fuzhou 350025)

This paper, through specific engineering examples, introduces the engineering quality detection and identification of an industrial factory and analyses the reasons of its roof beam crack.First, the design-built drawings are reviewed and checked in order to determine whether the factory design drawings are in compliance with regulatory requirements; then the construction quality and working conditions of frame columns, beams and other components in site are tested; finally, on the basis of checking the drawing review, construction quality, and monitoring the status, combining with the related information of the use of the factory, the paper analyzes the reasons of roof beam crack , and sums up the experience and lessons.

Crack;Detection and Identification; Construction Quality; Drawing Review

江秋建(1981.10-)男，工程師。

E-mail:20271572@qq.com

2016-04-27

TU37

A

1004-6135(2016)07-0050-04