某大廈女兒墻損傷原因分析及改造設(shè)計(jì)

賈軍國，夏廣錄，吳建剛，劉 洋，呂文乾

（甘肅省建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

女兒墻作為建筑物屋面的圍護(hù)構(gòu)件，起到保護(hù)人員安全，并對(duì)建筑物立面起到裝飾裝修的作用。上人屋面女兒墻高度較高，考慮到懸臂構(gòu)件平面外穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性的要求，一般女兒墻均作成直立式女兒墻，部分女兒墻做壓頂外挑，但外挑寬度均比較小。然而部分建筑因外觀造型要求，各式各樣的女兒墻也應(yīng)運(yùn)而生［1］，個(gè)別女兒墻因外挑寬度及裝飾荷載較大，導(dǎo)致女兒墻偏心受力較大，發(fā)生傾覆坍塌。2021 年 3 月，貴州仁懷市某建設(shè)項(xiàng)目女兒墻坍塌，造成 4 人死亡；2021 年 6 月，福建上杭縣某樓房女兒墻坍塌，造成 9 人死亡等。對(duì)已發(fā)生損傷女兒墻進(jìn)行現(xiàn)場檢測，查找損傷原因，隨即對(duì)女兒墻進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，本文將通過實(shí)際案例詳細(xì)說明。

1 工程概況

某大廈為地下兩層、地上四層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。該大廈屋面四周設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土女兒墻，屋面女兒墻平面布置示意圖如圖 1 所示。因該大廈建筑造型要求，女兒墻采用局部出挑，軸線 J×12～17 及軸線 12×C～J 女兒墻出挑寬度 0.7 m，軸線 B×13～18 及軸線 18×B～J 女兒墻出挑寬度 0.6 m，女兒墻總高均為 1.8 m，女兒墻斷面示意圖如圖 2、圖 3 所示。女兒墻混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C25，內(nèi)側(cè)采用鋼龍骨及硅酸鈣板進(jìn)行裝飾，頂面及外側(cè)采用鋼龍骨及外掛石材裝飾。

圖1 屋面女兒墻平面布置示意圖（單位：mm）

圖2 軸線 J×12～17、12×C～J 女兒墻斷面示意圖（單位：mm）

圖3 軸線 B×13～18、18×B～J 女兒墻斷面示意圖（單位：mm）

該大廈于 2012 年竣工投入使用，2018 年初發(fā)現(xiàn)四面女兒墻均存在不同程度逐步外傾（見圖 4），女兒墻角部外側(cè)裝飾材料相互間拉裂（見圖 5），考慮到該大廈地處城市核心鬧市區(qū)，屋面女兒墻如發(fā)生傾覆將帶來無法估量的損失，隨即對(duì)該大廈已發(fā)生損傷的女兒墻進(jìn)行現(xiàn)場檢測并分析損傷原因，然后采取必要的措施消除安全隱患。

圖4 女兒墻外傾現(xiàn)狀

圖5 女兒墻外側(cè)裝飾材料角部拉裂

2 現(xiàn)場檢測及調(diào)查

女兒墻出現(xiàn)損傷后，相關(guān)部門應(yīng)邀進(jìn)入現(xiàn)場，對(duì)該大廈女兒墻進(jìn)行現(xiàn)場檢測，查明女兒墻損傷原因［2］。

2.1 混凝土強(qiáng)度檢測

根據(jù)女兒墻現(xiàn)場實(shí)際情況，混凝土強(qiáng)度檢測選用回彈鉆芯修正法，在女兒墻四周不同位置鉆取8個(gè)直徑為 100 mm 的芯樣，壓力試驗(yàn)機(jī)上對(duì)加工后的芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，如圖 6、圖 7 所示。

圖6 芯樣抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

圖7 芯樣抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

通過壓力機(jī)試驗(yàn)得到的芯樣試件抗壓強(qiáng)度平均值與芯樣測區(qū)的換算強(qiáng)度平均值的差值對(duì)回彈的換算強(qiáng)度進(jìn)行修正，得到最終的混凝土抗壓強(qiáng)度推定值。計(jì)算公式見式（1）、式（2）。

芯樣抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果及修正量如表 1 所示，混凝土檢驗(yàn)批強(qiáng)度檢測結(jié)果如表 2 所示。

表1 芯樣抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果及修正量 MPa

表2 混凝土檢驗(yàn)批強(qiáng)度檢測結(jié)果 MPa

檢測結(jié)果表明，女兒墻混凝土強(qiáng)度推定區(qū)間為 26.9～28.5 MPa，混凝土強(qiáng)度實(shí)測值滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí) C25 的要求。由此排除混凝土強(qiáng)度不足的原因。

2.2 鋼筋配置檢測

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，女兒墻水平鋼筋及豎向鋼筋均采用直徑為 10 mm，間距為 150 mm 的 HPB300 級(jí)鋼筋，女兒墻下部暗梁縱向鋼筋直徑采用直徑為 14 mm 的 HRB335 及鋼筋。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，在女兒墻墻段中選擇 8 處墻段，對(duì)女兒墻水平鋼筋間距及豎向鋼筋豎向進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表 3 所示；選擇 3 處女兒墻墻段進(jìn)行局部開剖，對(duì)女兒墻豎向鋼筋、水平鋼筋及下部暗梁縱向鋼筋直徑進(jìn)行檢測，鋼筋直徑檢測結(jié)果如表 4 所示。

表3 水平鋼筋及豎向鋼筋檢測結(jié)果 mm

表4 水平鋼筋及豎向鋼筋檢測結(jié)果 mm

檢測結(jié)構(gòu)表明，女兒墻墻段水平鋼筋間距及豎向鋼筋間距符合 GB 50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》［3］關(guān)于鋼筋間距允許偏差的規(guī)定；女兒墻墻段豎向鋼筋直徑、水平鋼筋直徑及下部暗梁縱向鋼筋直徑均符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 女兒墻變形觀測

2.3.1 側(cè)向彎曲（撓度）

檢測人員對(duì)女兒墻側(cè)向彎曲進(jìn)行了觀測，觀測示意圖如圖 8 所示，觀測結(jié)果表明：三面女兒墻不同程度均存在側(cè)向彎曲，其中 B×13～18 軸線女兒墻最大側(cè)向彎曲出現(xiàn)在靠 13 軸線端部，位移為 118 mm；18×B～J 軸線女兒墻最大側(cè)向彎曲出現(xiàn)在靠J 軸線端部，位移為 92 mm；K×12～17 軸線女兒墻最大側(cè)向彎曲出現(xiàn)在該段女兒墻靠中部位置，位移為 93 mm。女兒墻平面外側(cè)向彎曲不符合 GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2015 年版）［4］中受彎構(gòu)件撓度限值的規(guī)定。

圖8 側(cè)向彎曲（撓度）觀測示意圖

2.3.2 女兒墻豎向傾斜觀測

檢測人員對(duì)女兒墻豎向傾斜進(jìn)行了觀測，觀測結(jié)果如表 5 所示，檢測結(jié)果表明：軸線 B×13～18 女兒墻側(cè)向彎曲最大部位傾斜值為 44 mm；軸線 18×B～J 女兒墻側(cè)向彎曲最大部位傾斜值為 28 mm（斜率）；軸線 J×12～17 女兒墻側(cè)向彎曲最大部位傾斜值為 64 mm。女兒墻端部傾斜不滿足 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［5］關(guān)于傾斜限值的要求。

表5 豎向傾斜觀測結(jié)果 mm

2.4 裂縫檢測

經(jīng)現(xiàn)場檢測，女兒墻出現(xiàn)多條裂縫，其中大部分出現(xiàn)在軸線 18×B、13×B、17×J、18×H 拐角處及側(cè)向彎曲較大的部位，裂縫寬度最大為 10 mm（見圖 9 及圖 10）。女兒墻與混凝土立柱交接處均存在裂縫，裂縫上寬下窄，最大裂縫寬度為 4.0 mm（見圖 11）。

圖9 軸線 18×H拐角處裂縫

圖10 軸線 17×J拐角處裂縫

圖11 軸線 13×B 處女兒墻與立柱交接處裂縫

2.5 其他檢測

現(xiàn)場檢測時(shí)，女兒墻內(nèi)側(cè)的混凝土立柱隨墻體發(fā)生傾斜，女兒墻與混凝土立柱連接處均產(chǎn)生裂縫，檢測人員隨即對(duì)連接處進(jìn)行開剖檢測（見圖 12），檢測結(jié)果表明：混凝土立柱鋼筋骨架與女兒墻鋼架骨之間無任何拉結(jié)或連接，混凝土立柱對(duì)女兒墻未起到側(cè)向支撐的作用。

圖12 女兒墻與立柱連接處開剖檢測

3 承載力計(jì)算分析

根據(jù)該大廈女兒墻設(shè)計(jì)圖紙、裝飾工程竣工圖及現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)女兒墻承載力進(jìn)行驗(yàn)算。

計(jì)算原則：女兒墻與內(nèi)側(cè)立柱未能形成有效拉結(jié)，不能對(duì)女兒墻起到側(cè)向支撐作用。

計(jì)算荷載：恒荷載根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場實(shí)際情況采用，活荷載根據(jù) GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［6］相關(guān)規(guī)定采用。

3.1 受彎正截面承載力驗(yàn)算

根據(jù)受力分析，受彎正截面承載力最不利位置在軸線 J×12～17 及 12×C～J 承載女兒墻的懸挑板根部位置（見圖 2），取單位寬度懸挑板為計(jì)算單元進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如表 6 所示。

表6 受彎正截面承載力計(jì)算結(jié)果

3.2 受扭正截面承載力驗(yàn)算

根據(jù)受力分析，受扭正截面承載力最不利位置在軸線 B×13～18 及 18×B～J 女兒墻下部暗梁位置（見圖 3），驗(yàn)算結(jié)果如表 7 所示。

表7 暗梁受扭正截面承載力計(jì)算結(jié)果

4 女兒墻受損原因分析

上述檢測結(jié)構(gòu)表明，該大廈女兒墻受損存在多方面的原因。首先女兒墻承受的自重及外荷載較大，尤其是外掛石材幕墻，使女兒墻根部懸挑板承受較大的作用效應(yīng)，導(dǎo)致女兒墻承載力不足是女兒墻損傷的直接原因；其次原設(shè)計(jì)中對(duì)女兒墻起到側(cè)向支撐作用的混凝土立柱，與女兒墻未能形成有效拉結(jié)，內(nèi)側(cè)立柱未能發(fā)揮有效的支撐和固定作用，也是導(dǎo)致女兒墻損傷的主要原因。

5 改造設(shè)計(jì)方案

由于上述分析結(jié)論可知，該大廈女兒墻受損嚴(yán)重，外傾明顯，局部開裂嚴(yán)重，嚴(yán)重影響整體承載，同時(shí)考慮到該屋面為上人屋面，因此建議拆除受損的女兒墻后重新修建女兒墻。

原設(shè)計(jì)中屋面外側(cè)框架梁與框架柱內(nèi)側(cè)齊平（見圖 2、圖 3），按照力的一般傳遞路徑，新建女兒墻應(yīng)沿屋面層外側(cè)框架梁頂部進(jìn)行設(shè)置，但考慮到屋面設(shè)備安裝等實(shí)際情況，最終還在選擇原拆除部位重新修建女兒墻。為盡可能減小女兒墻荷載，新增女兒墻應(yīng)采用輕質(zhì)材料砌筑。

因屋面女兒墻兼顧建筑方面如屋面防水等的要求，選擇配筋砌塊砌體作為主體砌筑女兒墻，同時(shí)在懸挑板底部設(shè)置鋼支撐進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以保證懸挑板的承載安全。加固簡圖如圖 13 及圖 14 所示。

圖13 平面圖

圖14 剖面圖

6 結(jié)論

基于上述某大廈女兒墻損傷后現(xiàn)場檢測、原因分析及改造設(shè)計(jì)方案，可以得出如下結(jié)論。

1）女兒墻設(shè)計(jì)在滿足結(jié)構(gòu)及建筑安全使用的前提要求下，應(yīng)力求設(shè)計(jì)簡單經(jīng)濟(jì)，不應(yīng)特殊建筑造型忽略可能存在的結(jié)構(gòu)安全性。

2）建筑物立面裝飾應(yīng)選擇輕質(zhì)高強(qiáng)的材料，避免裝飾材料自重過大引起建筑結(jié)構(gòu)安全隱患。

3）建筑物女兒墻應(yīng)做定期檢查和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)處理，降低女兒墻發(fā)生事故的概率。Q