数据分析!锚栓为何使连廊坍塌?设计、施工应谨慎!

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作者:黄海涛 兴化市建设工程质量监督站 如有侵权请联系删除 9月3日凌晨5点50左右,贵阳市松花南路花果园半山小镇W2区7栋3单元一处钢结构连廊发生垮塌。 近年来,发生多起因锚栓失效,造成连廊坍塌的案例,其中锚栓的设计锚固仅按构造、施工不规范是坍塌主因,下面用数据分析某连廊坍塌案例。 工程概况 该工程位于某市人流密集的商业街区,主楼为框架钢筋混凝土结构五层商业建筑,设计在环形内街二层钢筋混凝土框架梁柱上采用化学锚栓的方式挑出钢结构连廊,挑出宽度为 2 600 mm,连廊高度为 4 120 mm,钢梁根部高度为 450 mm,端部高度为 300 mm(见图 1)。框架梁柱设计混凝土强度等级为 C 25,框架梁柱与钢梁的连接方式设计为 4 M 24、4 M 22、4 M 20、6 M 16、8 M 16 不等(见图 2),均采用化学锚栓,化学锚栓设计钻孔深度为 15 d,连廊设计为 100 mm 厚混凝土面层。

作者:黄海涛 兴化市建设工程质量监督站

如有侵权请联系删除

9月3日凌晨5点50左右,贵阳市松花南路花果园半山小镇W2区7栋3单元一处钢结构连廊发生垮塌。

近年来,发生多起因锚栓失效,造成连廊坍塌的案例,其中锚栓的设计锚固仅按构造、施工不规范是坍塌主因,下面用数据分析某连廊坍塌案例。

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工程概况


该工程位于某市人流密集的商业街区,主楼为框架钢筋混凝土结构五层商业建筑,设计在环形内街二层钢筋混凝土框架梁柱上采用化学锚栓的方式挑出钢结构连廊,挑出宽度为 2 600 mm,连廊高度为 4 120 mm,钢梁根部高度为 450 mm,端部高度为 300 mm(见图 1)。框架梁柱设计混凝土强度等级为 C 25,框架梁柱与钢梁的连接方式设计为 4 M 24、4 M 22、4 M 20、6 M 16、8 M 16 不等(见图 2),均采用化学锚栓,化学锚栓设计钻孔深度为 15 d,连廊设计为 100 mm 厚混凝土面层。


现场检测


2.1基本情况及初步判断

该工程已竣工并交付使用,在没有特殊附加荷载的情况下,发生了坍塌,钢梁完好无损,化学锚栓连根拔起,化学锚栓并未破坏,但化学锚栓明显长度不一,钢筋混凝土梁外侧边缘局部破坏,钢筋混凝土梁柱并无异常情况。初步判断,钢结构连廊坍塌主要是由于悬挑梁端部与混凝土构件锚固基材之间发生锚固失效导致失稳所致(见图 3、图 4)。

2.2锚栓外观检查

现场观察化学锚栓锚入端的截面特征,化学锚栓并未破坏,化学锚拴的失效不属于锚栓钢材破坏。

2.3混凝土外观检查

柱外侧连接的破坏特点主要涉及到混凝土锥体破坏、混合型破坏(混凝土锥体及锚栓黏结拔出之组合破坏形式)与混凝土边缘破坏等。

2.4混凝土强度检测

现场采用取芯法对设计 锚固的钢筋混 凝土梁柱混凝土强度进行抽检,实际检测混凝土强度推定值为 27.4 MPa、28.3 MPa(见表 1),符合设计要求,符合 GB 50376-2013《混凝土结构加固设计规范》的 15.1.2 条的当新增构件为悬挑结构构件时,其原构件混凝土强度等级不得低于 C 25 的规定。

2.5钢梁端部锚栓连接节点检测

1)H型钢梁的截面高度为 440 mm,翼缘宽度为200 mm,腹板厚度为 7.75 mm,翼缘板厚度为11.76 mm、11.88 mm。

2)现场实测化学锚栓的实际锚入深度 M 24(设计锚入深度为 360 mm)的分别为 185、196 、130、147、213、187 mm;M 18(设计锚入深度为 270 mm)的分别为 70 、120、110、119、120、97、127、76、97、74、85 mm。

3)现场实测化学锚栓的直径均符合设计要求,且在允许偏差范围内。

4)悬挑钢梁与混凝土基层之间采用化学锚栓连接时混凝土外表的抹灰层没有清理(厚度约 13~18 mm)。

5)部分设计固定在钢筋混凝土柱上的化学锚栓不是直接固定在钢筋混凝土柱上,而是固定在外挑的梁端或梁向外拓宽的侧面。

2.6钢结构连廊面层厚度检测

1)素 混 凝 土板 及 水 泥 砂 浆 面 层,素 混 凝 土板 厚 度 抽检结果为 106 mm,水泥砂浆面层厚度抽检为 14 mm。

2)素混凝土板及上面的水泥砂浆与大理石面层,素混凝土板厚度抽检结果为 93、94 、96 mm,水泥砂浆与大理石面层厚度抽检结果为 66、68 、79 mm。

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2)设计文件应明确锚固拉拔力设计值,而原设计文件未提供,植筋的胶粘剂固化时间达到 7 d 的当日,应抽样进行锚固承载力检验,其检验方法及质量合格评定标准必须符合 GB 50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》 [1] 附录 W 的规定,如式(3)~(5)所示。


原因分析

1)GB 50376-2013《混凝土结构加固设计规范》第 15.2.6 条规定,承重结构植筋的锚固深度必须经过设计计算确定;不得按短期拉拔试验值或厂商技术手册的推荐值采用。设计文件未提供钢筋锚固拉拔力设计值,设计文件给出的化学锚栓锚入深度 15 d 严重不满足现行规范要求。

2)部分钢梁与混凝土柱的连接位置不符合设计要求。

3)化学锚栓的锚入深度严重不符合设计要求,且未清除抹灰层。

4)钢结构连廊面层超过设计厚度,使得钢结构连廊的实际恒载大大超过设计计算值。

5)依据 GB 50205-2001《钢结构施工质量验收规范》 [3] 8.2.2 及附录 C.0.1 条规定,当截面高度小于 500 mm 时,焊接 H 型钢截面高度的允许偏差为 ± 2.0 mm,实测的 H 型钢梁根部截面高度为 440 mm,实际误差达到了 ± 10 mm,不满足现行规范要求。

综合以上分析,该质量事故属于典型的责任事故,设计人员没有按照设计规范设计,关键节点没有做好设计交底工作,施工单位没有按照设计文件施工,监理单位没有履行好旁站、隐蔽工程验收等相关职责。


网友留言:


仔细看了每一位吧友留言,规范也粗粗的又看了一下,结合实际施工情况,设计应该负最大责任。自己设计的玻璃雨棚和这个项目很像,悬挑长度是2500mm,长度10米,只有2个拉杆,设置在最两端,拉杆倾斜角45°,拉接点设在悬挑2米处。偏安全地拉杆承担全部荷载,风荷载标准值取1KPa,恒载取1KPa,由于拉杆是45°倾角,拉杆的水平、竖向分力相等,节点拉力T=(1.3×1+1.5×1)×2.5×5=35KN。拉杆上节点设置4根16的三级钢,锚固深度180mm ,4根钢筋抗拔力预估N=0.6×4×201×360×180÷600=52KN>35KN(600mm是35d的取整值),这个公式是自创的,因为加固规范的锚固长度太长(超过柱子截面),况且规范对于锚固区,箍筋必须加密为前提,所以没有规范条文可用。竖向分力由混凝土局部抗压承受(局压又自创了公式,这里不写了。锚筋抗剪、抗拉钢标有公式),没有考虑撬拔效应。设计完成投入使用一年多,一直都很害怕,看了这篇文章就更怕了,希望吧友也帮我分析一下。另外,我目前大约有20个技术公众号,土木吧的文章我多数都看,这一篇,不纠结于细节上的对错,应该是近年来相当难得的一篇好文章。


个人看法:这个端部支撑本身设置得便无不妥,主要原因还是上面的杆件受拉,锚栓强度用得太多了。毕竟是后植筋的东西,基于施工限制,锚入长度有限,只要是受拉为主,绝对不能用足,30%就差不多了,不为别的,实在太不踏实了。毕竟按砼规范锚固长度在那儿,采用后锚固的植筋或螺栓还受到螺栓或钢筋周围的砼的抗拔体影响,锚固长度变短了的前提下,把锚栓强度用足确实难以入睡。 按加固规范算出来的锚固长度和直接在砼里埋好基本没啥差别,都达到35d左右了。如果受拉力用到锚栓强度的30%,假定受拉能力与锚固长度成正比,所以折算下来锚固长度需要35d*30%=10.5d,考虑现实施工中实际锚固也就10~15d之间,也还说得过去的。基于这个因素,后加固的构件,有条件设计成纯简支,以受剪为主,端部剪力*偏心距得到的弯矩,按螺栓群计算得到的拉力控制在螺栓本身受力的30%也就可以了。但设计时受拉力可以要求高一点,不然的话,你要求得越低,现场就越不可靠。 加固规范上的计算公式,看起来有理有据的,用脚趾头想一下,M24的话,锚固长度要920mm,有多少构件能够满足这个锚固长度? 有几个钻有这么长?有几个能打这么深不跑偏?所以编规范的人也是瞎编,还不如直接要求承载力折减来得痛快,一般植筋处钢筋都不少,按计算的锚固长度实际现场操作性为0


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