關(guān) 英

(山西鋼鐵建設(shè)(集團(tuán))有限公司,山西 太原 030003)

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大柱距地梁結(jié)構(gòu)上部墻體裂縫分析與預(yù)防

關(guān) 英

(山西鋼鐵建設(shè)(集團(tuán))有限公司,山西 太原 030003)

結(jié)合某廠房墻體裂縫的分布規(guī)律，復(fù)核審查了該廠房的設(shè)計(jì)方法與施工質(zhì)量，并通過(guò)理論計(jì)算分析，對(duì)不同荷載布置形式進(jìn)行了對(duì)比，指出了產(chǎn)生墻體裂縫的主要原因，論證了按國(guó)家規(guī)范進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的嚴(yán)肅性和重要性。

墻梁，托梁，裂縫，撓度，彎矩

1 工程概況

某工程主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)為獨(dú)立柱基礎(chǔ)，托梁承重，磚砌體封閉。基礎(chǔ)埋深標(biāo)高-9.5 m,±0.00相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高801.3 m。采用天然地基，地基為第四紀(jì)全新世沖、洪積的粉土層。在良好的施工降水疏干條件下，允許承載力[R]=300 kPa,壓縮模量Es=16.0 MPa，地下水標(biāo)高-3.2 m，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，獨(dú)立柱基礎(chǔ)軸線間距6 m，在獨(dú)立柱基礎(chǔ)頂標(biāo)高-0.80 m處布設(shè)基礎(chǔ)墻梁，墻梁截面尺寸為250 mm×500 mm，長(zhǎng)度44 500 mm,5 200 mm不等，以JL-1數(shù)量最多。

在墻梁上砌240 mm磚墻封閉廠房，每跨布設(shè)窗戶C-1：1 800 mm×3 600 mm兩樘，圈梁240 mm×300 mm三道，外墻水泥砂漿抹面。

立面形式見(jiàn)圖1。

大墻施工完畢一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)位于墻梁跨中的窗間墻上、下窗口處有水平裂縫兩道①②，靠近散水表面處有豎向裂縫③，上窄、下寬。窗臺(tái)一側(cè)或兩側(cè)有一斜裂縫④，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察看，主廠房從一區(qū)到十區(qū)均不同程度的存在上述裂縫。各柱間裂縫位置基本相同，裂縫分部極有規(guī)律性和普遍性。

2 設(shè)計(jì)復(fù)核

按GB 50003—2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核。選取軸120～121跨進(jìn)行分析，基梁JL-1 C20混凝土，截面尺寸為250 mm×500 mm，受拉區(qū)鋼筋4φ22，受壓區(qū)鋼筋2φ16。

依據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第七節(jié)7.3.3條規(guī)定：

1)JL-1的計(jì)算跨度L0=1.1×4 550=5 005≈5 000 mm；2)墻梁的計(jì)算高度H0=0.5hb+hw，其中，hb為托梁高度；hw為墻體計(jì)算高度。

取托梁頂面一層層高，當(dāng)hw>L0時(shí)取hw=L0對(duì)應(yīng)JL-1墻梁的計(jì)算高度H0=0.5hb+hw=5 250 mm，相當(dāng)于墻體4.950 m標(biāo)高以下部分。

《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.3.2條規(guī)定：墻梁計(jì)算高度范圍內(nèi)每跨允許設(shè)置一個(gè)洞口，而本設(shè)計(jì)計(jì)算高度范圍內(nèi)設(shè)有兩個(gè)洞口，即C-1：1 800 mm×3 600 mm兩個(gè)；顯然與規(guī)范要求不符，且窗洞口離支座過(guò)近，已不能形成深梁的受力狀態(tài)[1]——即托梁上部荷載已無(wú)法主要通過(guò)墻體的拱作用向兩邊支座傳遞。

3 施工質(zhì)量審查

基礎(chǔ)梁為某混凝土加工廠生產(chǎn)，具有預(yù)制混凝土構(gòu)件出廠合格證，混凝土強(qiáng)度合格，齡期超過(guò)28 d。

磚墻設(shè)計(jì)采用MU7.5磚,M5砂漿，從該工程技術(shù)保證資料查看：磚采用MU10，砂漿試塊強(qiáng)度報(bào)告單提供的砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M5.8～M7.7，現(xiàn)場(chǎng)查看施工質(zhì)量亦良好。

4 托梁撓度驗(yàn)算

4.1 荷載計(jì)算

1)窗上部荷載q1?？紤]上部荷載主要通過(guò)磚拱作用向兩側(cè)支座傳遞，因此按規(guī)范荷載取窗邊距的1/3作為計(jì)算高度，按均布荷載計(jì)取。

2)窗間墻荷載q2。因軸線處墻體荷載對(duì)托梁影響很小，故略去不計(jì)，僅考慮窗間墻荷載q2。計(jì)算得q2=q磚+q抹面砂漿=17 kN/m。

3)窗下部磚墻自重及托梁自重荷載q3。q3=q磚+q梁+q抹面砂漿=8.7 kN/m。

4.2 內(nèi)力計(jì)算

q1,q2產(chǎn)生的跨中彎矩Mmax q1q2=62.3 kN·m;q3產(chǎn)生的跨中彎矩Mmaxq3=27.2 kN·m;托梁跨中的最大彎矩：Mmax=Mmaxq1q2+Mmax q3=89.5 kN·m。

4.3 梁撓度驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算得：受彎構(gòu)件短期剛度Bs=3.424E13;托梁撓度f(wàn)=6.2mm。

5 大墻裂縫原因分析

5.1 裂縫原因分析

1)由計(jì)算知托梁在上部荷載作用下產(chǎn)生彎曲變形，托梁下?lián)?，由直線變?yōu)榍€。上部砌體隨托梁下?lián)献冃危谄鲶w下部產(chǎn)生拉應(yīng)力以抵抗彎曲變形。當(dāng)彎曲拉應(yīng)力超過(guò)砌體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，砌體即被拉裂，裂縫寬度和高度應(yīng)與撓度成正比，且裂縫開(kāi)展至中性軸附近，一般不會(huì)越過(guò)中性軸。實(shí)際表現(xiàn)應(yīng)為托梁跨中處的裂縫最寬、最高，兩側(cè)依次減之，實(shí)際情況大墻該處裂縫③(如圖1所示)與分析結(jié)論相吻合。2)由于跨中部位的窗間墻隨托梁下?lián)?，而端部支撐在基礎(chǔ)上，故砌體內(nèi)必然產(chǎn)生豎向拉應(yīng)力抵抗砌體下沉變形，并以砌體被拉裂的形式表現(xiàn)出來(lái)，由于窗上部圈梁對(duì)上部荷載的支撐作用，所以①號(hào)水平縫幾乎全部產(chǎn)生于窗上口圈梁下部，軸線基礎(chǔ)處墻體不受托梁撓度影響，故很少有水平縫產(chǎn)生。②號(hào)水平裂縫與天車震動(dòng)有關(guān)。3)C-1窗下部的砌體與跨中窗間墻傳下來(lái)的荷載共同作用下，托梁產(chǎn)生彎曲變形，由于軸線處墻體對(duì)其端部轉(zhuǎn)動(dòng)的約束作用，在砌體中產(chǎn)生剪應(yīng)力是④號(hào)裂縫產(chǎn)生的主要原因。

5.2 實(shí)際裂縫寬度與計(jì)算寬度差別較大的原因分析

計(jì)算的托梁撓度值為6.2mm，而實(shí)際窗口的墻體水平裂縫寬度在1.0mm左右。造成兩者差別較大的主要原因有：1)托梁安裝后，隨著上部砌體的砌筑，荷載逐步增加，托梁逐漸下?lián)?，砌體每天砌筑高度有限，期間砌體隨托梁變形，隨著砌體高度、砂漿強(qiáng)度的增長(zhǎng)，砌體自身已消化了絕大部分的變形。2)當(dāng)澆筑標(biāo)高4.5m圈梁時(shí)，托梁計(jì)算荷載的大部分已加載，其引起的托梁撓度由于圈梁混凝土的澆筑而未顯現(xiàn)。3)因施工工序的原因，抹面砂漿與砌體砌筑完畢有一定時(shí)間間隔，抹面砂漿將原墻體裂縫掩蓋，由于托梁長(zhǎng)期剛度比短期剛度小，混凝土受壓徐變，又將抹面砂漿拉裂，故墻體表現(xiàn)出來(lái)的裂縫寬度遠(yuǎn)比計(jì)算的變形值小。

5.3 墻梁計(jì)算高度范圍內(nèi)三種布置形式對(duì)比分析

將原設(shè)計(jì)每跨兩個(gè)窗洞口時(shí)的受力狀態(tài)、內(nèi)力圖、撓度值與按規(guī)范每跨僅設(shè)置一個(gè)窗洞口(兩個(gè)C-1合二為一)時(shí)的情況進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)圖2)，從圖2中可以看出，由于設(shè)兩個(gè)窗洞口時(shí)的跨中荷載是一個(gè)窗洞口時(shí)的6.4倍，從而造成跨中最大彎矩是其3.3倍，撓度值是其5.6倍。雖然設(shè)計(jì)托梁的撓度值遠(yuǎn)比規(guī)范允許值(L0/250)

19.2mm小，但由于跨中窗間墻對(duì)托梁下?lián)献冃畏磻?yīng)非常敏感，造成墻體裂縫。這也是規(guī)范規(guī)定只允許設(shè)一個(gè)洞口的主要原因。

6 大墻裂縫發(fā)展?fàn)顩r

根據(jù)混凝土應(yīng)力徐變曲線，半年后受壓混凝土可完成總徐變量的70%～80%，一年后趨于穩(wěn)定[2]。根據(jù)該廠房封閉完成時(shí)間推算：托梁變形已完成絕大部分，同時(shí)因托梁受壓區(qū)配有2φ16鋼筋，可減少托梁在長(zhǎng)期荷載作用下?lián)隙鹊陌l(fā)展[3]。所以預(yù)計(jì)大墻裂縫已完成最終值的95%左右，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范允許值，此裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全無(wú)大的影響，可不采取處理措施。

7 預(yù)防措施

1)設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行墻梁的設(shè)計(jì)，當(dāng)應(yīng)工藝要求或其他原因不得不設(shè)置雙洞口布置形式時(shí)，托梁應(yīng)根據(jù)上面?zhèn)鱽?lái)的全部荷載按受彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)；2)考慮到該處墻體對(duì)變形的敏感性，應(yīng)在設(shè)計(jì)托梁時(shí)提高其剛度，降低托梁撓度設(shè)計(jì)允許值；3)在托梁受壓區(qū)增加受壓區(qū)鋼筋截面面積，提高其配筋率，以減小托梁在長(zhǎng)期荷載作用下?lián)隙鹊陌l(fā)展；4)增加鋼筋混凝土窗帶，預(yù)防窗臺(tái)下側(cè)斜裂縫的產(chǎn)生。

[1] 陸繼贄.混合結(jié)構(gòu)房屋[M].天津：天津大學(xué)出版社,1992:128.

[2] 張季超,隋莉莉.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：高等教育出版社,2016:31，33.

[3] 車宏亞.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理[M].天津：天津大學(xué)出版社,1990:224.

Analysisandpreventiononupperwallcracksoflargecolumngroundsillstructure

GuanYing

(ShanxiIron&SteelConstruction(Group)LimitedCompany,Taiyuan030003,China)

Combining with the distribution law of a plant wall cracks, this paper reviewed the design method and construction quality of the building, and through the theoretical calculation and analysis, compared the layout forms of different loads, pointed out the main causes of wall cracks, discussed the seriousness and importance of building structure design according to the national standards.

wall beam, joist, crack, deflection, bending moment

1009-6825(2017)08-0039-02

2017-01-05

關(guān) 英(1969- )，男，工程師

TU312.3

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