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[热点探讨]上海13层大楼倒塌的简化计算与分析! [复制链接]

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离线augeo
 

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2009-07-04
新华网消息上海市城乡建设和交通委员会(7月3日)上午通报了本市闵行区“莲花河畔景苑”在建商品房倾倒事故原因调查情况。专家组于6月28日提出了事故原因的初步判断。为真实、全面、客观地查清事故情况,专家组分勘察设计、水文地质、施工工况、检测等四个小组,对事故发生的工程技术原因进行了深入分析和复核。 VQy 9Y  
Vq3]7l  
7月2日,在听取了检测、分析、复核结果汇报后,专家组提出了事故原因调查和技术分析的结论意见。主要原因是: Gg=aK~q6  
KFTf~!|  
房屋倾倒的主要原因是,紧贴7号楼北侧,在短期内堆土过高,最高处达10米左右;与此同时,紧邻大楼南侧的地下车库基坑正在开挖,开挖深度4.6米,大楼两侧的压力差使土体产生水平位移,过大的水平力超过了桩基的抗侧能力,导致房屋倾倒。 R<n8M"B  
L,C? gd@"  
上海塌楼事故发生后,迅速传遍了全球!本人所在的澳大利亚S工程有限公司也不例外。我们公司是一家以能源、资源、矿山、水利、环境、土木等为主的工程咨询有限公司,类似于国内的设计院。本人所在的团队就是专门从事岩土工程设计和咨询的,目前项目主要来源于国际石油巨头BHP。我作为一名岩土工程师,专门从事地基处理、基础、堤防等设计多年,对事故进行了一下通俗的简化分析计算: $@[dm)M  
J ?ztn  
由于我国东南沿海软土比较多,不妨假设该小区土质还不错,那么, DA+A >5/  
ZL4l (&"  
假设软土参数如下: Em~7D ]Y  
凝聚力                 15          kPa V17>j0Ev$W  
摩擦角                  28          度 HF &h  
饱和容重               18         kN/m3 7oZ@<QP'  
水平系数               0.5-1    -     nd$H 3sf  
LN@E\wRw{r  
结合专家意见和现场图片确定: aW0u8Dz  
-Q<z1vz  
南侧开挖深度               4.6        m t(J![wB}  
北侧堆土高度                10        m OwG6i|q  
东西方向桩间距              4          m(可能还更大) jzl?e[qPA  
南北方向每排桩数          5-6      根(局部根本没有5根,可能更少) aUypt(dv  
qhV,u;\.  
取东西向1米土条为计算单位: :`+|'*b(A  
1、开挖后产生的水平推力 = 0.5*18*4.6*4.6*1  =    190        kN/m Smq r q  
2、堆土产生水平推力     = 18*10*1*4.6           =     828       kN/m 9GMH*=3[=  
那么,水平推力总和为    = 90+828                    =     1018     kN/m(101吨) hH <6E  
94~"U5oQ:  
假设东西向桩间距为4米,那么东西向4米范围内,5-6桩需要承受的总的水平力为1018*4 = 4074 kN(407吨),即单桩679kN(67吨)!!! p!HPp Ef+#  
因为是雨季,软土有效水平抵抗力(抗拉能力)可以忽略不计,那么因为开挖和堆土所产生的水平力全部由桩来承担,相当于每根桩需承受的水平力为679kN(相当于67吨)这是对于该工程所用的PHC桩根本不可能达到的!!!也就是书,事故发生直接原因就是施工不当,过大的压力差导致了过大的水平位移,过大的水平力,远远超过了桩基础的抗剪(抗侧)能力! "XGD:>Q.  
W<\kf4Y  
正常情况下,桩基础是用来承受竖向荷载,它的水平承载能力(抗拉能力)只有竖向的的1/10,1/20或者更少。该工程用的是预应力高强度混凝土管桩(PHC桩),单桩承载力可达数十吨,目前应用比较多,从房屋基础竖向受载的角度来看确实是够了,但是,水平承载能力远远达不到67吨!!! r+t ,J|V  
|rr$U  
后记: "bD+/\ z  
本人所在的岩土工程设计团队有个来自印度尼西亚的桩基础工程专家(早年获得新西兰奥克兰大学博士学位,后来曾做过印尼一家大学的教授、副校长,1999年亚洲金融危机后移民澳大利亚),今天在和我讨论玩上海塌楼事件后,也讲述了若干年前在印尼首都发生的一宗已建高楼倒塌事故,主要原因是半边基础下的软土发生了严重塌陷,最终导致了大楼的整体倾覆,所幸的是,大楼是慢慢倒下的,所有居民有足够的时间疏散,没有一人伤亡!
[ 此帖被augeo在2009-07-05 22:13重新编辑 ]
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离线哆哆

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只看该作者 1楼 发表于: 2009-07-04
真长见识啊 siZr@g!L  
谢谢啊 6N9 c<JC  
这让我们刚出道得受益匪浅啊
有问题拿出来大家探讨,分析啊
离线toushi2004

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只看该作者 2楼 发表于: 2009-07-04
我是来学习的!
离线aocy

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只看该作者 3楼 发表于: 2009-07-05
2、堆土产生水平推力     = 18*10*1*4.6           =     828       kN/m `-4'/~G  
楼主这一计算值得商讨,个人认为简单的计算如下: (jMtN?&0H-  
由于附近基坑开挖及建筑物后面堆土(相当于超载q=14*10=140kN/m2,折算为土层高度h'=q/r=140/18=7.8m),H=4.6+7.8=12.4m. -M6L.gi)oJ  
主动土压力Ea=0.5*r*Ka*H*H=0.5*18*0.31*12.4*12.4=429kN/m. tC^ 1}  
式中Ka=0.31的来历:用等效内摩察角T=SIGAMA*tg(THID), C`dkD0_  
式中剪切力T=14kPa,   地应力SIGAMA=45kPa,求出tg(THID)=0.31=Ka(主动土压力系数). ypH8QfxLTr  
假设东西向桩间距为4米,那么东西向4米范围内,5-6桩需要承受的总的水平力为429*4 = 1716 kN,1716/6=286=300即约等于30吨. B9YsA?hg  
这是对于该工程所用的PHC桩根本不可能达到的!(见后面本人在软土地层做的水平试验资料).也就是说,事故发生直接原因就是施工不当,过大的压力差导致了过大的水平位移,过大的水平力,远远超过了桩基础的抗剪(抗侧)能力! 9*4 .  
*dN N<  
直径500mm壁厚125AB管桩水平试验曲线 S3_slgt.rar (5 K) 下载次数:16   直径500mm壁厚125AB管桩水平试验曲线 S3_slgt.rar (5 K) 下载次数:16
离线aocy

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只看该作者 4楼 发表于: 2009-07-05
另外S1试验桩(水平试验)弯矩 Mal<iNN  
S1试桩水平荷载90kN作用下桩身弯矩分布             表3 qB:AkMd&  
换算深度 tmp6hB  
0.0    0.1    0.2    0.3    0.4    0.5    0.7    1.0    1.2    1.3    1.4 b\:~;  
计算深度 ZP-dW|<[ x  
Z(m)    0.00    0.21    0.42    0.63    0.84    1.05    1.47    2.10    2.52    2.73    2.94 !K[/L< Kv  
弯矩 |8bE9qt.P  
MZ(kN.m)    0    18.9    37.3    55.0    64.0    86.8    112.5    137.7    145.5    146.9    146.8 69Nw/$  
                                                                续表3             80|onP\L  
换算深度 <|a=hHPi:  
1.5    1.6    1.7    1.8    1.9    2.0    2.2    2.6    3.0    3.5    4.0 \^9pW 2v  
计算深度 Dzr e'  
Z(m)    3.15    3.36    3.57    3.78    3.99    4.20    4.62    5.46    6.30    7.35    8.40 fuMN"T 6%+  
弯矩 UgR :qjI  
MZ(kN.m)    145.2    142.4    138.4    131.9    127.8    121.4    107.4    76.5    50.3    24.8    6.1 _5b0wdB  
       S1试桩水平荷载126kN作用下桩身弯矩分布                 表4 6a*83G,k  
换算深度 RwW$O@0  
0.0    0.1    0.2    0.4    0.5    0.7    1.0    1.2    1.3    1.4    1.5 ?mMW*ico  
计算深度 5X0QxnnV  
Z(m)    0.00    0.23    0.46    0.92    1.16    1.62    2.31    2.77    3.00    3.24    3.47 W"Z#Fs{n8  
弯矩 'G8 ?'u_)  
MZ(kN.m)    0.0    29.0    57.4    109.9    133.3    172.5    210.7    222.1    223.9    223.3    220.4 1SUzzlRx  
                                                              续表4       ll%G!VR  
换算深度 :N2E}hxk  
1.6    1.7    1.8    1.9    2.0    2.2    2.6    3.0    3.5    4.0 W .U+.hR  
计算深度 T^]7R4 Fg  
Z(m)    3.70    3.93    4.16    4.39    4.62    5.09    6.01    6.94    8.09    9.25 l xe`u}[  
弯矩 3htq[Ren  
MZ(kN.m)    215.5    208.9    200.7    191.2    180.7    157.4    108.1    64.2    27.4    15.2 m2(E>raV6  
        S1试桩水平荷载162kN作用下桩身弯矩分布         表5 T6uMFD4 |  
换算深度 <4c%Q)  
0.0    0.1    0.2    0.4    0.5    0.7    1.0    1.2    1.3    1.4    1.5 hk_g2g  
计算深度 oSY7IIf%L  
Z(m)    0.00    0.26    0.53    1.05    1.32    1.84    2.63    3.16    3.42    3.68    3.95 F}'wH-qp  
弯矩 $e BQH  
MZ(kN.m)    0.0    42.4    83.9    160.8    195.0    252.4    308.3    325.0    327.6    326.6    322.4 o&z!6"S<  
                                                                续表5             3 CM^j<9  
换算深度 %G[/H.7s-  
1.6    1.7    1.8    1.9    2.0    2.2    2.6    3.0    3.5    4.0 0 _A23.Y  
计算深度 hU" F;4p  
Z(m)    4.21    4.47    4.74    5.00    5.26    5.79    6.84    7.89    9.21    10.53 s)k y/ce  
弯矩 BxdX WO  
MZ(kN.m)    315.2    305.5    293.5    279.6    264.2    230.1    157.9    93.6    39.8    22.6
离线aocy

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只看该作者 5楼 发表于: 2009-07-05
离线thf2000

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只看该作者 6楼 发表于: 2009-07-05
理论分析好,易于理解

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只看该作者 7楼 发表于: 2009-07-05
真长见识啊 b `}hw"f   E'EcP4eL  
谢谢啊 A 6E~GJa   aQUGNa0+d  
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离线augeo

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只看该作者 8楼 发表于: 2009-07-05
引用第4楼aocy于2009-07-05 10:12发表的  : 7\Fs=\2l+'  
2、堆土产生水平推力     = 18*10*1*4.6           =     828       kN/m I ~$1Lu`~  
楼主这一计算值得商讨,个人认为简单的计算如下: VhEka#  
由于附近基坑开挖及建筑物后面堆土(相当于超载q=14*10=140kN/m2,折算为土层高度h'=q/r=140/18=7.8m),H=4.6+7.8=12.4m. lH2wG2  
主动土压力Ea=0.5*r*Ka*H*H=0.5*18*0.31*12.4*12.4=429kN/m. gzdG6"  
式中Ka=0.31的来历:用等效内摩察角T=SIGAMA*tg(THID), h<x4YB5Mj  
....... 80;n|nNB  
u0 y 1  
2@khSWV  
相当精确!相当有道理!
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离线augeo

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只看该作者 9楼 发表于: 2009-07-05
PHC桩的优点是桩体质量特别好,但缺陷是桩长有限,由于卡车运输的需要,其桩长一般是12米,所以在施工时,需要接桩。规程规定,接桩时采用焊接连接,几分钟后就可以继续打桩。稍有知识的人都会知道,焊接几分钟后的强度不会很高,在桩顶用静压或者锤击都容易导致焊接的地方损害,更何况实际工程中,有的施工单位根本就不焊接,两个桩的接头一套(桩头有公母之分,类似螺丝)就直接沉桩了。 v }\,o%t^  
X.FGBR7=q  
除了施工连接之外,大家知道这种桩抵抗水平荷载能力是非常弱的,原因不在于桩身强度,二在于桩身连接处,类似与塘藕一样,因此实际抵抗水平荷载的发挥主要在上面第一根桩。高层包括小高层建筑都要受到风荷载,这是除地震荷载以外建筑设计主要考虑的水平荷载,因此,采用PHC桩抵抗水平荷载是有缺陷的。正因为如此,天津滨海开发区严禁在小高层以上的建筑物中使用PHC桩。 w>e s  
Or0O/\D)  
所以,报纸上说PHC桩质量检测是正常的,回避了真正的桩水平设计荷载问题。 M.[rLJZ4  
,S&z<S_  
(引用河海岩土BBS刘教授语录)
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离线augeo

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只看该作者 10楼 发表于: 2009-07-05
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离线hnxwk

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只看该作者 11楼 发表于: 2009-07-05
个人认为不管有多大的水平推力,由于基础以下没有剪力墙,管桩承担的水平推力都是有限的,特别是暴雨以后,上部软土处于饱和状态,这不足以使管桩剪断。 jZ*WN|FK?  
可能的主要原因是;由于下暴雨,北侧堆土中水位大幅升高,其地下水位远高于南侧基坑水位,使基坑以上土体处于饱和状态,承载力大幅降低,使桩基上部受力处于二维状态,即管桩上部成了一根细长杆,特别是处于南侧基坑边的管桩。于是个别桩(也许开始只有某一根)处于失稳状态产生折断,只要某一根桩开始折断,就会产生多骨米牌效应。于是住宅在几分钟内倒伏。
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