某大廈女兒墻損傷原因分析及改造設計

賈軍國，夏廣錄，吳建剛，劉 洋，呂文乾

（甘肅省建筑科學研究院（集團）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構件，起到保護人員安全，并對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，考慮到懸臂構件平面外穩定性及經濟性的要求，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運而生［1］，個別女兒墻因外挑寬度及裝飾荷載較大，導致女兒墻偏心受力較大，發生傾覆坍塌。2021 年 3 月，貴州仁懷市某建設項目女兒墻坍塌，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。對已發生損傷女兒墻進行現場檢測，查找損傷原因，隨即對女兒墻進行改造設計，本文將通過實際案例詳細說明。

1 工程概況

某大廈為地下兩層、地上四層現澆鋼筋混凝土框架結構。該大廈屋面四周設現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。女兒墻混凝土設計強度等級為 C25，內側采用鋼龍骨及硅酸鈣板進行裝飾，頂面及外側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 年初發現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，屋面女兒墻如發生傾覆將帶來無法估量的損失，隨即對該大廈已發生損傷的女兒墻進行現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 女兒墻外傾現狀

圖5 女兒墻外側裝飾材料角部拉裂

2 現場檢測及調查

女兒墻出現損傷后，相關部門應邀進入現場，對該大廈女兒墻進行現場檢測，查明女兒墻損傷原因［2］。

2.1 混凝土強度檢測

根據女兒墻現場實際情況，混凝土強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個直徑為 100 mm 的芯樣，壓力試驗機上對加工后的芯樣進行抗壓強度實驗，如圖 6、圖 7 所示。

圖6 芯樣抗壓強度實驗

圖7 芯樣抗壓強度實驗

通過壓力機試驗得到的芯樣試件抗壓強度平均值與芯樣測區的換算強度平均值的差值對回彈的換算強度進行修正，得到最終的混凝土抗壓強度推定值。計算公式見式（1）、式（2）。

芯樣抗壓強度檢測結果及修正量如表 1 所示，混凝土檢驗批強度檢測結果如表 2 所示。

表1 芯樣抗壓強度檢測結果及修正量 MPa

表2 混凝土檢驗批強度檢測結果 MPa

檢測結果表明，女兒墻混凝土強度推定區間為 26.9～28.5 MPa，混凝土強度實測值滿足設計強度等級 C25 的要求。由此排除混凝土強度不足的原因。

2.2 鋼筋配置檢測

根據設計圖紙，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。根據現場實際情況，在女兒墻墻段中選擇 8 處墻段，對女兒墻水平鋼筋間距及豎向鋼筋豎向進行檢測，檢測結果如表 3 所示；選擇 3 處女兒墻墻段進行局部開剖，對女兒墻豎向鋼筋、水平鋼筋及下部暗梁縱向鋼筋直徑進行檢測，鋼筋直徑檢測結果如表 4 所示。

表3 水平鋼筋及豎向鋼筋檢測結果 mm

表4 水平鋼筋及豎向鋼筋檢測結果 mm

檢測結構表明，女兒墻墻段水平鋼筋間距及豎向鋼筋間距符合 GB 50204-2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》［3］關于鋼筋間距允許偏差的規定；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計要求。

2.3 女兒墻變形觀測

2.3.1 側向彎曲（撓度）

檢測人員對女兒墻側向彎曲進行了觀測，觀測示意圖如圖 8 所示，觀測結果表明：三面女兒墻不同程度均存在側向彎曲，其中 B×13～18 軸線女兒墻最大側向彎曲出現在靠 13 軸線端部，位移為 118 mm；18×B～J 軸線女兒墻最大側向彎曲出現在靠J 軸線端部，位移為 92 mm；K×12～17 軸線女兒墻最大側向彎曲出現在該段女兒墻靠中部位置，位移為 93 mm。女兒墻平面外側向彎曲不符合 GB 50010-2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）［4］中受彎構件撓度限值的規定。

圖8 側向彎曲（撓度）觀測示意圖

2.3.2 女兒墻豎向傾斜觀測

檢測人員對女兒墻豎向傾斜進行了觀測，觀測結果如表 5 所示，檢測結果表明：軸線 B×13～18 女兒墻側向彎曲最大部位傾斜值為 44 mm；軸線 18×B～J 女兒墻側向彎曲最大部位傾斜值為 28 mm（斜率）；軸線 J×12～17 女兒墻側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準》［5］關于傾斜限值的要求。

表5 豎向傾斜觀測結果 mm

2.4 裂縫檢測

經現場檢測，女兒墻出現多條裂縫，其中大部分出現在軸線 18×B、13×B、17×J、18×H 拐角處及側向彎曲較大的部位，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

現場檢測時，女兒墻內側的混凝土立柱隨墻體發生傾斜，女兒墻與混凝土立柱連接處均產生裂縫，檢測人員隨即對連接處進行開剖檢測（見圖 12），檢測結果表明：混凝土立柱鋼筋骨架與女兒墻鋼架骨之間無任何拉結或連接，混凝土立柱對女兒墻未起到側向支撐的作用。

圖12 女兒墻與立柱連接處開剖檢測

3 承載力計算分析

根據該大廈女兒墻設計圖紙、裝飾工程竣工圖及現場實際情況，對女兒墻承載力進行驗算。

計算原則：女兒墻與內側立柱未能形成有效拉結，不能對女兒墻起到側向支撐作用。

計算荷載：恒荷載根據設計圖紙及現場實際情況采用，活荷載根據 GB 50009-2012《建筑結構荷載規范》［6］相關規定采用。

3.1 受彎正截面承載力驗算

根據受力分析，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算單元進行驗算，驗算結果如表 6 所示。

表6 受彎正截面承載力計算結果

3.2 受扭正截面承載力驗算

根據受力分析，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），驗算結果如表 7 所示。

表7 暗梁受扭正截面承載力計算結果

4 女兒墻受損原因分析

上述檢測結構表明，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，導致女兒墻承載力不足是女兒墻損傷的直接原因；其次原設計中對女兒墻起到側向支撐作用的混凝土立柱，與女兒墻未能形成有效拉結，內側立柱未能發揮有效的支撐和固定作用，也是導致女兒墻損傷的主要原因。

5 改造設計方案

由于上述分析結論可知，該大廈女兒墻受損嚴重，外傾明顯，局部開裂嚴重，嚴重影響整體承載，同時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。

原設計中屋面外側框架梁與框架柱內側齊平（見圖 2、圖 3），按照力的一般傳遞路徑，新建女兒墻應沿屋面層外側框架梁頂部進行設置，但考慮到屋面設備安裝等實際情況，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，新增女兒墻應采用輕質材料砌筑。

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，同時在懸挑板底部設置鋼支撐進行補強，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 結論

基于上述某大廈女兒墻損傷后現場檢測、原因分析及改造設計方案，可以得出如下結論。

1）女兒墻設計在滿足結構及建筑安全使用的前提要求下，應力求設計簡單經濟，不應特殊建筑造型忽略可能存在的結構安全性。

2）建筑物立面裝飾應選擇輕質高強的材料，避免裝飾材料自重過大引起建筑結構安全隱患。

3）建筑物女兒墻應做定期檢查和維護，發現隱患，及時處理，降低女兒墻發生事故的概率。Q