孙国梁
（山西六建集团有限公司，山西太原030024）
摘要：该文从局部受拉、双向抗剪及局部受压方面对某高层建筑附着升降脚手架附着处混凝土梁局部坏的形态、原因和过程进行了详细分析。提出了对附着升降脚手架附着处集中荷载影响区采取提高集中力作用高度、加密箍筋等加强措施建议。
关键词：附着升降脚手架；混凝土梁；局部破坏
前言
附着升降脚手架因安全、经济、便捷及机械化程度高等特点广泛应用于高层建筑。附着升降脚手架附着于工程结构混凝土墙或梁上；结构墙或梁在附着处受力复杂，承受双向受剪、局部受压等作用，一旦受剪、受压方面承载力不足将发生破坏，严重时会发生安全事故。因此对附着处工程结构应进行承载力验算，并对集中荷载影响区采取合理加强措施。本文以某工程附着处梁局部破坏为例进行多方面分析，提出加强措施建议，供工程技术人员参考。
1工程概况
某高层居住建筑，剪力墙结构；地下2层，地上26层，建筑面积21485m2，标准层建筑面积825m2；层高3m，建筑高度78.45m。为满足施工要求，该工程在主体结构第4层至26层施工时采用了分片式附着升降脚手架。附着升降脚手架沿建筑结构外围布置，共布置了48个吊点，划分为2片升降。每个吊点处均使用竖向主框架作为受力骨架，竖向主框架通过设在建筑物上的附着支撑装置，将荷载传给建筑物。受建筑物外形不规则影响，在阳台边梁处布置了加长型附着支撑装置，支撑跨度有1.0m、1.15m、2.3m不等，加长型附着支撑通过上拉杆锚固于边梁如图1所示。混凝土强度达到C20才能安装附着支撑。
图1 附着升降脚手架平面示意图
主体结构上升施工期间，陆续发现2.3m跨度的加长型附着支撑上拉杆处边梁局部破坏。取一局部破坏较为典型的边梁进行分析。该梁断面尺寸为200 mm×450mm，跨度为2.5m，面筋、底筋各配2根16的HRB400钢筋；配HRB400准6mm箍筋，间距150mm；混凝土设计强度等级为C30，破坏时实测强度为22 MPa；上拉杆距最近边梁支座处为550mm、螺栓孔底距梁底120mm；梁预留螺栓孔处未作任何加强处理。梁剖面如图2所示。
图 2 边梁上拉杆处剖面图
2附着处混凝土梁局部破坏情况
边梁上拉杆拉板及螺栓位置处混凝土破坏情况如图3、图4所示。梁内侧面在螺栓孔出现两条对称斜裂缝，角度约29°，裂缝边缘处混凝土已破碎脱落。梁底部在拉板处也出现了两条基本对称主斜裂缝，裂缝角度约31°，裂缝边缘处混凝土部分碎落；离主斜裂缝内侧也有斜裂缝。梁内侧底筋变形严重、箍筋底部已裸露。裂缝分布，边梁除上拉杆作用处出,现局部破坏，其余部位未发现有裂缝。
图 4 阳台边梁外侧面破坏情况
3附着处混凝土梁局部破坏的分析
上拉杆的拉力一部分通过拉板以横向（水平）力Fx形式局部直接作用在梁内侧面；另一部分拉力通过拉板以竖向力 Fy形式传递给螺栓，螺栓局部直接作用在螺栓孔处混凝土。竖向力 Fy作用于梁下部受拉区，属于集中荷载间接加载形式，Fy以螺栓悬挂形式使梁局部受拉；螺栓杆作用于上下预留孔壁混凝土及拉板作 用梁内侧底部都属于混凝土局部受压。边梁附着处在如此复杂受力状况下局部破坏形成一个破坏锥体，以下从梁的局部受拉、双向受剪及局部受压方 面分析该破坏的原因和过程。
3.1承载力验算
（1）局部受拉验算
竖向分力Fy作用在梁受拉区，属于间接加载，在不考虑横向分力Fx作用下，梁底部局部受拉。文献，给出了次梁对称作用于梁下部或梁高度范围内的试验，并给出梁局部抗拉强度公式，max=0.25R2/3b 主（b 次+8.5 ′2/3）,其中：Pmax 为局拉强度（kg）；R为混凝土标号（kg/cm2）；b主、b次分别为主梁和次梁的宽度（cm）；h′为次梁的计算高度（cm）， 按 h′=h次/2+a-c计算；a为次梁底距主梁底距离；c为主筋保护层厚度。该公式是根据无腹筋梁建立的，未考虑腹筋的有利作用，应用于工程偏安全，或偏保守；公式是基于对称间接加载，单侧间接加载时局拉强度应降低，Pmax应乘以单侧加载影响系数。 影响系数取多少？笔者建议按集中力以45°传递影响区宽度b1与梁宽度b比值来取值。
在考虑单侧不对称间接加载影响系数情况下，梁局部受拉强度为b1/bPmax=b1/b×0.25fcu2/3，k主（b次+8.5h′2/3）=120/200 ×0.25×202/3×200（33 +8.5 ×852/3）=43.6KN＜Fy=69.1KN。梁局部抗拉强度不足，梁在Fy作用下发生拉脱破坏，破坏裂缝与文献基本相似。当提高集中荷载作用高度a值为160mm时，b1/b=0.8，0.8Pmax=72.3KN，满足要求。
（2）双向抗剪验算
从梁裂缝图来分析，梁在上拉杆拉力斜向集中荷载影响区段发生了两个方向斜截面破坏，表明斜截面承载力不足。文献[2]表明：《规范》[3]第 6.3.16第19条给出的钢筋混凝土框架柱双向受剪承载力计算公式，是基于双向受剪的相关关系推导得出的，运用此计算双向受弯斜截面受剪承载力，计算结果基本合理，与《规范 》[3]下限原则是一致的，具有足够的安全度，该方法适用于混凝土双向受弯梁斜截面受剪承载力计算。
竖向分力Fy作用于梁下部受拉区，梁的y轴抗剪强度Vuy相比于直接加载有所降低。对间接加载作用下钢筋混凝土梁的抗剪强度进行多次试验，试验结果表明：在集中荷载作用下，间接加载钢筋混凝土简支梁的抗剪强度比直接加载简支梁降低0～63.4%。降低程度主要随剪跨比、间接荷载沿梁高作用位置，以及配箍率而变化；当剪跨比小、横梁位置或配箍少时降低多，反之则降低少。
阳台边梁承受自重均布荷载下，还主要承受附着拉杆传递来的斜向拉力。经计算，螺栓位置在自重、集中力作用下Vx=54.5KN，Vy=63.1KN。附着处截面内力示意如图5所示。
图 5 附着处截面内力示意图
（3）局部受压验算
梁内侧预留孔处混凝土有破碎情况，有必要对其进行局部受压验算。文献[3]给出了穿混凝土结构螺栓处混凝土受压状况，如图6所示，按照《规范》第 6.6.1条局部受压承载力公式，验算R1处局压情况。
图 6 穿混凝土结构螺栓处混凝土受压状况图
R1局部受压验算：1.35βbβlfcbd=1.35×0.42×1.73×9.6×200×33=62.2KN＜NV=Fy=69.1KN，其中：根据文献[3]条文说明，可推导出x取0.7194，cb＝16/200=
0.08忽略不计，有βb≈ 0.42，而不是0.39（文献[3]针对R2验算）；β1为混凝土局部受压时的强度提高系数，fc为上升时混凝土龄期试块轴心抗压强度设计值，按C20取，fc=9.6 N/mm2；b为混凝土外墙的厚度（mm）；d为穿墙螺栓的直径（mm）。表明梁内侧螺栓处混凝土局压承载力不足，发生局压破坏。
3.2附着处混凝土梁局部破坏过程
通过对梁集中力作用影响区段的局拉、双向抗剪和局部受压验算分析，笔者认为集中力间接加载作用下影响区段发生双向剪切斜拉破坏，螺栓作用面处混凝土局部受压破碎，竖向拉脱破坏明显。
局部破坏过程为：集中荷载的竖向力间接加载作用下，梁影响区段内抗剪能力下降，横向钢筋配置不足情况下首先发生竖向剪切斜拉破坏，拉脱效应明显，梁内侧八字裂缝是其主要表现；其次竖向剪切面的形成，严重削弱横向剪切承载力，当不足以承受横向剪力作用时，发生横向剪切斜拉破坏，梁底八字形裂缝是其主要表现；最后，在竖向、横向剪力共同作用下，梁在集中荷载处局部形成一个破坏锥体，就如图3、图4所表现。
破坏锥体形成后，集中荷载处受力状况如图7所示，上拉杆的竖向力通过底部纵筋及锥体混凝土传递给破坏区范围内箍筋承担，此时箍筋已屈服，底部内侧纵筋也局部受弯，变形严重。横向力主要由箍筋底部短肢承担，一部分通过破裂面骨料咬合力传给未破坏的混凝土，另一部分由箍筋长肢剪应力承担。
图7 梁局部破坏后受力示意图
破坏后实际状况：竖向与破坏锥体斜截面相交有3根双肢箍筋，σ=Fy/A sv=69.1×103/（ 28.26×3×2）=407 N/mm2，表明箍筋已屈服，但未到极限强度，未拉断；否则，后果很严重。说明破坏锥体区箍筋长肢屈服伸长，裂缝过宽；梁局部破坏后，仍能维持上拉杆的作用，保持如图4、图5所示工况，否则会出现附着失效、架体倾覆安全事故。
4附着处混凝土梁的加强措施
升降脚手架附着处混凝土梁高宽通常受设计限制，混凝土强度也不能要求较高，否则影响使用效率，文献[3]规定混凝土最低强度为C10，本工程要求最多为C20；为防止附着处集中力作用下梁发生局部破坏，从上述承载力验算可以从以下几个方面对附着处混凝土梁集中荷载影响区段采取加强措施。
（1）提高集中力作用高度；
（2）附加箍筋或竖向吊筋；
a.按间接荷载作用下附加箍筋
b.附加竖向吊筋
5结语
以上分析表明，案例工程中升降脚手架加长型附着上拉杆处梁混凝土受力复杂，其局部破坏主要是受到间接加载的竖向集中力、横向集中力双向共同作用下造成，属于剪切斜拉破坏。对附着处混凝土梁在弯剪扭承载力满足条件下，建议对集中荷载作 用影响区采取如下加强措施：（1）提高集中荷载作用高度，预留孔尽量设置在梁中部，既不能靠近梁底，也不能靠近梁顶，以满足预留孔上下混凝土截面高度要求。综合局拉试验建议作用高度不小于 160 mm。（2）尽量选择框架梁或墙肢作为附着结构，当选择框架梁或墙肢有困难时，对边梁截面加高设计。（3）对集中荷载作用处箍筋加密设置，间距可取50mm，可满足间接加载下附加横向钢筋，优先选择箍筋的要求；再验算集中荷载影响区段的双向受剪。（4）拉板应改为双螺栓受力，避免螺栓处混凝土局部受压承载力不足。
参考文献：
[1]董璇．导轨式附着升降脚手架在高层建筑施工中的应用[J]．铁道建筑技术，2007（S1）
[2]谢永超．附着升降脚手架在超高层建筑施工中的应用[J]．施工技术， 2006（08）
[3]吴能淼，刘红．混凝土墙面处理一法[J]．建筑工人，2003（05）
论文作者:孙国梁
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年12月上
论文发表时间:2016/9/5
标签：混凝土论文; 局部论文; 荷载论文; 螺栓论文; 承载力论文; 脚手架论文; 裂缝论文; 《建筑建材装饰》2015年12月上论文;