工程事故分析与处理论文

中国农业大学

课程论文

（2011-2012学年春季学期）

论文题目：建筑工程裂缝分析及事故

案例

课程名称：建筑工程事故分析与处理

任课教师： 秦家利

班 级： 土木092

学 号：

姓 名： 李 栋

建筑工程裂缝分析及事故案例

【摘要】房屋建筑通常都会出现裂缝， 是建筑中经常发生的一种通病，出现裂缝的原因有技术上的不成熟，材料本身的缺陷、温度的变化、设计以及施工等方面的影响。它不仅会影响建筑的功能和美观，还会严重的导致结构安全度降低，抗震性能差，因此防止建筑墙体开裂是十分重要的。本文结合实际剖析了裂缝产生的原因，并提出了相关的处理措施。

【关键词】裂缝成因、处理措施、事故案例

1.砌体结构

1.1裂缝的类型及成因

1.1.1受力裂缝：受力裂缝的产生主要是砌体结构设计中墙体在外荷载作用下的承载力没达到规范所要求的强度，墙体由于外荷载产生的内应力超过了墙体自身可承受的极限而开裂。受力裂缝破坏基本上分为受压、受拉、受弯和受剪破坏：①受拉破坏时裂缝成竖向平行分布。②受拉破坏时可分为沿齿缝开裂和沿墙面垂直开裂。当砖块的强度等级较高而砂浆的强度较低时，砖体的抗拉强度大于该切向的粘结强度，砌体沿着与砂浆的交接面处处形成齿状裂缝，墙体开裂破坏。反之，砖体的抗拉强度小于交接面处的粘结强度，易形成自上而下贯穿墙体的垂直裂缝，墙体开裂。③受弯裂缝破坏与受拉相似。④砌体局部受压是常见的一种受力状态，如基础顶面的墙、柱的支撑处，梁或屋架端部的支撑处。

1.1.2非受力裂缝：非受力裂缝又分为温度裂缝及基础不均匀沉降裂缝等。 温度裂缝产生机理:对于砖砌体结构，混凝土由于温度改变而引起的变化是砌体的两倍。当外界温度升高时,混凝土顶盖变形大，墙体变形相对较小，导致砖砌体和混凝土屋盖之间产生约束应力。使屋盖受压,墙体受拉、受剪。当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时,墙体就会产生温度裂缝。

斜裂缝常见于建筑物顶层两端内外纵墙门窗洞的上下角上，对称产生，呈八字形，向下一层的斜裂缝比顶层裂缝小。这主要是由于屋面变形受到墙体的约束，屋面板对墙体顶端产生水平推力，使墙体与屋盖的接触面受剪。而剪力与屋盖挑檐或女儿墙的垂直压力构成了墙体双向应力，当主拉应力大于墙体的抗拉强度时，墙体便开裂。沿墙体分布的剪力大致为两端大，中间小，由于端部正应力小，其主拉应力接近于剪应力，使横墙及内外纵墙端部出现八字形裂缝。

竖向裂缝常见于门窗间墙上，情况严重的还会延至以下几层，甚至出现贯通房屋全高的竖向裂缝。这是因为从屋盖传给墙体的主拉应力，在门窗洞口处约为平均应力的两倍，窗间墙一般比较薄弱，当窗过梁搁置在窗间墙的两端，搁置处受过梁传来的局部压力较大，过梁在热胀冷缩的作用下，引起窗间墙受拉、受剪的动力较大，易产生垂直竖向裂缝。

水平裂缝常发生在顶屋圈梁下的水平砖缝中，有的在建筑四角形成包角裂缝，

即会在两端间四周墙上有一圈水平裂缝。当纵墙门窗洞口多时，水平裂缝常发生在门窗洞口上的砖缝中。以上两种裂缝是由于屋盖的热胀冷缩作用，墙体内产生水平轴压力和偏心弯矩，当应力大于砌体的拉力时，在薄弱的水平砖缝中就会产生水平裂缝。

1.1.3地基不均匀沉降裂缝：地基不均匀沉降的裂缝的形态是多种多样的，有的裂缝尚随时间长期变化，裂缝较宽。沉降大处地基会产生局部凹陷，此时其上部荷载只能由砖砌体承担，则砖砌体上产生了附加拉力和剪力，当该应力大于砖砌体的承载能力时会出现裂缝。这类裂缝大多会发生在底层，在顶层大量的竖向裂缝或接近竖向裂缝，在底层多数为斜裂缝。

斜裂缝常见于房屋底部,通过门窗口，与地面成45°角，少数有可能向上延伸到二层。这类破坏可近似的按弯曲破坏进行分析，如建筑中部沉降大，而端部沉降小,使建筑物产生正弯矩，结构中下部受拉，端部受剪，墙体由于剪力形成的主拉应力破裂。

竖向裂缝常见于底层窗下墙的中部，裂缝上端宽下端细。原因是窗下墙两端在窗间墙上部的集中荷载作用下，使窗下墙的两端受的压力大，地基压缩下降量大，而中部向上弯曲，产生弯曲裂缝。

水平裂缝窗间墙上下沿灰缝常出现水平裂缝，沉降大的一端，在窗间墙的下面灰缝中产生水平裂缝，沉降小的一端水平裂缝在窗间墙的上面。究其原因，建筑物沉降单元上部受到阻力作用时，使窗间墙承受较大的剪应力，当剪应力大于砌体的抗剪强度时产生裂缝。

1.2裂缝的控制措施

大量工程实践表明,控制裂缝应该防患于未然，特别是在设计时就要考虑如何预防裂缝的产生。砖砌体由于本身的特点，对于不均匀沉降和温度应力都很敏感，一旦出现了裂缝就无法啮合，当危及到安全时还要采取加固措施，既影响美观又影响使用，有的即使进行了加固也不能恢复其本来面貌，因此对砖砌体的裂缝问题，应着眼于预防，把症害消除在发生之前。根据以上分析，提出以下几点预防措施：①为增强外纵墙及内纵墙的抗剪及抗拉能力，控制裂缝出现，外纵墙厚度宜采取370mm，内纵墙厚度宜采取240mm，增加墙的厚度后，圈梁和构造柱仍占一砖墙厚，使圈梁和构造柱不暴露在大气中，有利于控制温度应力引起的墙体裂缝。②在现浇屋盖部分及现浇挑檐，每隔15米左右设后浇缝一道，缝宽600～800mm，缝内混凝土断开，钢筋不断，待主体结构完成需做保温层前，再灌注混凝土，混凝土强度提高一级，并加膨胀剂。砖混结构顶层墙体裂缝早已引起人们关注，实践证明，采取和不采取预防措施截然不同，一般采取措施后不再出现裂缝，而且预防裂缝方法简单，施工方便，增加工程造价不多，效果显著。

2.混凝土结构

2.1混凝土结构裂缝成因

2.1.1材料方面：有些构件裂缝是由材料质量引发的，如水泥安定性差，两种水泥混用，砂、石含泥量大，骨料粒径过小，外加剂质量差或加入量过大等。

2..1.2地基变形：当地基发生不均匀下沉时，在结构内部必然产生极大的应力。当应力超过构件抗力时，将不可避免地出现裂缝，裂缝的形状、方向、宽度决定于地基变形的情况。

2.1.3设计方面：构造处理不当，主次梁交合处主梁未设加强箍筋或附加吊筋；大截面梁未设腰筋；构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中等因素，均可导致构件裂缝的出现。

2.1.4结构荷载方面：结构因承受荷载而产生裂缝的原因很多，施工中或使用中都可能出现。例如构件早期受到震伤，拆除承重模板过早，施工荷载过大，构件堆放、运输、吊装时，垫木或吊点位置不当，预应力张拉值过大或放张不规范等，均可能产生裂缝。较为常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下，出现不同程度的裂缝。早期微裂一般不易发现，规范规定有些构件允许出现宽度不大于0.3毫米的裂缝。但对裂缝宽度超过规范规定的，以及不允许出现裂缝的构件出现裂缝，则应属于有害裂缝，须加以认真分析，慎重处理。

2.1.5温度应力裂缝：混凝土与一般物质一样，具有热胀冷缩的物理性质，其线膨胀系数约为1×10-5/℃，当环境温度发生变化时，就会产生温度变形，在构件受到约束不能自由变形时，构件内就会产生附加应力，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，必将出现裂缝。常见的如现浇屋面板垂直于肋梁方向的裂缝，大体积混凝土表面裂缝、烟囱外壁的竖向裂缝等。

2.1.6湿度变形裂缝：普通混凝土在空气中硬结时，体积会发生收缩，由此而在构件内产生拉应力，在早期混凝土强度较低时，混凝土收缩值最大。因此，若构件早期养护不良，极易产生收缩裂缝。这类裂缝，在现浇剪力墙、水池底、壁等工程结构中最为常见。

2.1.7徐变裂缝：结构构件在内应力的作用下，除瞬时弹性变形外，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。据文献记载受弯构件由于徐变变形的作用，其长期变形值可增加2～3倍，因变形量加大而使拉区混凝土承受拉应力，造成裂缝的出现。预应力构件因徐变会产生较大的应力损失，降低了结构的抗裂性能。此类裂缝常见于受弯构件的拉区，其特征与承受荷载出现裂缝相同。

2.1.8施工方面：由于施工原因造成裂缝出现的因素很多。如混凝土结构养护不良或养护时间不够；水灰比过大、水泥或外加剂加入量过大；搅拌时间不够、振捣不实；钢筋表面污染、保护层过小或过大；任意留置施工缝且不按规定处理；

后期施工扰动前期混凝土；构件内外温差大，未采取有效措施；在不宜施工的气候条件下，勉强施工；冬季施工未采取防冻措施等。

2.2处理措施

1）在冬季混凝土施工中，一般都采取了防冻措施，而对于作业面的防风措施大多未予以高度重视。在冬季施工中，温度的骤降往往伴随着强烈寒流的出现，空气异常干燥，混凝土容易产生干缩裂缝。特别是高层建筑的施工，作业面处于距地面几十米甚至上百米的高空，风速更巨，对混凝土的影响更大，施工单位对此应予以警惕。

2）在高层建筑的施工中，混凝土墙、柱的设计强度较高，梁、板的设计强度相对较低，施工单位为了施工方便，大多把梁、板的混凝土等级提高到与墙、柱相同，无形中提高了混凝土的收缩应力，而楼板面又较薄，与空气的接触面较大，更容易产生收缩。因此，在条件许可的情况下，施工单位尽量不要随意提高混凝土等级。

3）一般民用建筑的梁板不做抗裂设计，施工单位在做混凝土配合比的试配过程中，也多对强度、和易性、是否泵送、早强等方面提出要求(除非大体积混凝土)，对施工过程中的温度收缩考虑较少，当外界数种不利因素同时发生时，配比方面的潜在影响就暴露出来了，所以，对重要建筑物，无论是否做抗裂设计，混凝土试配时应考虑这种因素。

3．事故案例

3.1案例一

某工厂新建一生活区，共14幢七层砖混结构住宅（其中10幢为条形建筑，4幢为点式建筑）。在工程建设前，厂方委托一家工程地质勘察单位按要求对建筑地基进行了详细的勘察。工程于一九九三年至一九九四年相继开工，一九九五年至一九九六年相继建成完工。一年后在未曾使用之前，相继发现10幢条形建筑中的6幢建筑的部分墙体开裂，裂缝多为斜向裂缝，从一楼到七楼均有出现，且部分有呈外倾之势；3幢点式住宅发生整体倾斜。后来经仔细观察分析，出现问题的9幢建筑均产生严重的地基不均匀沉降，最大沉降差达160mm以上。事故发生后，有关部门对该工程质量事故进行了鉴定，审查了工程的有关勘察、设计、施工资料，对工程地质又进行了详细的补勘。经查明，在该厂修建生活区的地下有一古河道通过，古河道沟谷内沉积了淤泥层，该淤泥层系新近沉积物，土质特别柔软，属于高压缩性、低承载力土层，且厚度较大，在建筑基底附加压力作用下，产生较大的沉降。凡古河道通过的9栋建筑物均产生了严重的地基不均匀沉降，均需要对地基进行加固处理，生活区内其它建筑物均未出现类似情况。该工程地质勘察单位在对工程地质进行详勘时，对所勘察的数据未能引起足够的重视，

对地下土层出现了较低承载力的现象未引起重视，轻易的对地基土进行分类判定，将淤泥定为淤泥质粉土，提出其承载力为100kN,Es为4Mpa。设计单位根据地质勘察报告，设计基础为浅基础，宽度为2800mm，每延米设计荷载为270kN，其埋深为－1.4m~2m左右。该工程后经地基加固处理后投入正常使用，但造成了较大的经济损失，经法院审理判决，工程地质勘察单位向厂方赔偿经济损失329万元。

3.2案例二

某市一开发商修建一商品房，为了追求较多的利润，要求设计、施工等单位按其要求进行设计施工。设计上采用底层框架（局部为二层框架）上面砌筑九层砖混结构，总高度最高达33.3m，严重违反国家现行规范《建筑抗设计规范》GBJ11-89和地方标准《四川省建筑结构设计统一规定》DB51/5001-92的要求，框架顶层未采用现浇结构，平面布置不规则、对称，质量和刚度不均匀，在较大洞口两侧未设置构造柱。在施工过程中六至十一层采用灰砂砖墙体。住户在使用过程中，发现房屋内墙体产生较多的裂缝，经检查有正八字、倒八字裂缝；竖向裂缝；局部墙面出现水平裂缝，以及大量的界面裂缝，引起住户强烈不满，多次向各级政府有关部门投诉，产生了极坏的影响。

3.3案例三

某县一机关修建职工住宅楼，共六栋，设计均为七层砖混结构，建筑面积10001平方米，主体完工后进行墙面抹灰，采用某水泥厂生产的325水泥。抹灰后在两个月内相继发现该工程墙面抹灰出现开裂，并迅速发展。开始由墙面一点产生膨胀变形，形成不规则的放射状裂缝，多点裂缝相继贯通，成为典型的龟状裂缝，并且空鼓，实际上此时抹灰与墙体已产生剥离。后经查证，该工程所用水泥中氧化镁含量严重超高，致使水泥安定性不合格，施工单位未对水泥进行进场检验就直接使用，因此产生大面积的空鼓开裂。最后该工程墙面抹灰全面返工，造成严重的经济损失。