【摘 要】 通过工程实例,介绍全现浇钢混凝土剪力墙结构高层住宅各层楼板产生多条四角斜向裂缝的特征、成因、理论核算,并提出防治措施。
【关键词】 斜向裂缝;特征;剪力墙;楼板
1 工程概述
某节能型高层住宅,建筑面积12700m2,平面为矩形,东西长47•8m,南北宽15•7m。地下1层,地上18层,局部19层。总高57•3m。主体结构为c20全现浇钢筋混凝土剪力墙结构,内外墙均200mm厚,楼板110mm厚。局部楼板下设有主次梁,公用外走廊板下有悬臂梁,厨厕间外侧设有悬臂式封闭阳台。在墙转角处、交接处和门窗两侧均设有抗震构造柱。外墙为内侧保温复合结构。建筑物两端有两部电梯和两座辅助楼梯。标准层建筑面积614•12m2,层高2•8m。从第三层开始采用液压滑升模板一滑一浇工艺施工,混凝土现场搅拌,塔吊垂直运输。于1992年10月开工,1993年底基本竣工,经过两个采暖期。1995年4月交工验收时发现各层混凝土楼板四角处有多条斜向裂缝,裂缝均出现在施工阶段。
2 裂缝特征
2•1 楼板在山墙和内横墙与外、内纵墙相交45°角之斜向裂缝,直边最长有1•5m左右,个别角有两道斜向裂缝。
2•2 裂缝严重的沿楼板厚度整个截面贯通。
2•3 裂缝宽度0•1~0•8mm不等,一般板上面缝大,板下面缝小。
2•4 第3层开始滑模,又受到底层约束,裂缝较多,第15层受到收层突变的约束,裂缝也较多。
2•5 炎热季节浇筑砼,裂缝较多,低温浇筑砼裂缝较少,因此越往上层,裂缝也越多。
2•6 北向比南向房间裂缝较多,两端山墙由于平面转折,垂直拐角比靠近中轴房间较多。
2•7 第1、2层没用滑模施工,按传统支模方法,施工速度较慢,裂缝很少。
2•8 其他类型的裂缝:内墙门洞上方角部有45°斜向裂缝;个别内横墙有不规则的水平裂缝、垂直裂缝和斜裂缝,这些裂缝宽度在0•3~0•8mm之间,有的裂缝贯通。
3 裂缝成因
砼裂缝原因通常不是单一的,而是由多种因素造成,因此必须从设计、施工等方面分析。
3•1 由于建筑物超长,设计没设置伸缩缝。对钢筋砼现浇式剪力墙结构伸缩缝最大间距,《砼结构设计规范》表6•1•1规定,室内45m,露天30m。如按表中注②,则应按露天栏的数值选用;表中注④还规定,滑模施工的剪力墙结构,宜适当减少伸缩缝间距。本工程总长47•8m,超过规范要求。
3•2 由于墙体对板的实际弹性固定约束作用。滑模施工速度较快,而砼收缩变形,相当部分在硬化初期完成。由于四角处纵横墙共同阻止角部楼板砼收缩变形,而楼板的刚度和强度均没有墙大和高,在弯矩和拉力的共同作用下,导致楼板产生与纵横墙成45°角之斜向裂缝。
3•3 由于气象条件的急剧变化。本工程为节能型高层住宅。保温层设置在结构层的里侧。由于北方属大陆季风性气候,受北方寒流控制,气温骤降快,日夜温差悬殊,经常会在一夜之间温度下降10℃以上,使收缩急剧增大。特别是在主体没封闭时,这种现象更为严重。
3•4 采用滑模施工,养护条件较差,又没能采取相应的技术措施,因此砼初期和后期养护时间也短。在施工方面还存在砼水灰比大,砂石含泥量多以及使用干缩性大的矿渣水泥等问题,都增大了砼收缩值。
3•5 本工程1993年底基本竣工后,闲置一年多没住人,室内温度偏低,特别进入冬季,送上暖气,湿度更小,增大了砼的自身收缩变形。
3•6 楼板和拐角构造配筋不足,没起到温度筋和抗约束的作用。设计只在板四角配5φ8钢筋,楼板上层筋配筋不够。总之,这种裂缝是由于板的干缩和温缩受到墙限制,其自由收缩变形的结果。当其变形和应力超过砼土极限时,即产生裂缝。
4 裂缝验算
根据实际施工条件和方法进行三方面控制裂缝出现的理论计算。
4•1 采用的基本参数。
(1) 砼收缩当量温差:
ty(180)=εy(180)a=2•957×10-41•0×10-5=29•57℃
(2) 砼综合温差:为收缩当量温差和最不利降温差之和。砼浇筑温度平均为10℃,浇筑后6个月到冬季,最冷月平均温度-15℃,故最不利降温差为25℃,则综合计算温差:t=29•57+25 55℃。
(3) 砼板换算宽度h:h=0•2l=0•2×47•4m=9•48m。
(4) 水平阻力系数cx: >c10钢筋砼,取1•5n/mm3。
(5) 徐变引起的应力松弛系数h(t): 180天取0•283。
4•2 按砼最大收缩变形值计算。
(1) 根据砼收缩变形发展规律,前6个月收缩较快,约占总收缩值的70%~80%,又考虑到该时砼降温差最大,故计算6个月最大实际收缩值,εy(180)按下面经验公式计算:εy(180)=ε0y(1-e-bt)m1m2…m10=3•24×10-4(1-e-1•8)×1•25×1•0×1•0×1•21×1•0×1•11×1•1×0•97×1•0×0•61=2•957×10-4
(2) 砼极限拉伸值计算:
考虑砼的配筋影响,按下面经验公式计算:εpα= 0•5rf1+pd×10-4= 0•5×1•5 1+0•410•8×10-4=1•1348×10-4
考虑砼的徐变影响,趋于安全地假设为弹性极限的0•5倍,则ε0pα=εpα×(1+0•5)=1•7022×10-4由于2•957×10-4>1•7022×10-4,故砼开裂。
4•3 按砼最大拉应力值计算。
σxmax=eat1-1cosh2cxhe•l2h(t)=2•55×104×1•0×10-5×551-1
cosh2×1•5
9480×2•55×104×474002×0•283
=3•254mparf/k=1•5/1•25=1•2mpa
由于3•254mpa>1•2mpa,故砼开裂。
4•4 按砼最大允许伸缩缝值计算。
〔lmax〕=2ehcx2rcosh|at||at|-εp=22•55×104×94801•52rcosh1•0×10-5×551•0×10-5×55-17•022×10-5=23257mm
由于本工程设计长47•8m>23•257m,故砼开裂。
5 裂缝防治
控制裂缝的有效方法是综合治理。一般可采取“放”、“防”、“抗”三个方面措施,宜三者兼施,而以“放”、“防”为主的原则。
5•1采取“放”的措施。“放”就是改善约束状态,尽量减少约束,释放大部分变形。
(1) 对超长的全现浇钢筋砼剪力墙结构,根据北方地区气候特点,一般宜在设计上设置伸缩缝。但这种永久缝有时会给建筑立面处理和使用功能增添困难,而且还会增加费用,对于有抗震和防水要求的结构更是如此。所以要权衡利弊,根据工程具体条件而定。
(2) 当建筑物超长不设置伸缩缝时,必须有完善的裂缝控制技术措施,如采取“后浇缝”方法。由于后浇缝能保留一个月以上,则干缩和温缩变形的相当大一部分都将在这一阶段完成。
(3) 合理按排施工程序。如在浇捣砼过程中,采用“分段流水”施工方法。
(4) 结构平面布置要尽量做到合理。如尽可能地不在建筑物两端或四角设置钢筋砼电梯井或竖风道等刚度较大的结构。
(5) 板尽可能采用预应力砼结构,对楼板砼施加均匀水平预压应力,以抵消反向干缩和温缩的拉应力。
(6) 使用uea补偿收缩砼,将uea产生的膨胀能转变为0•2~0•7mpa的预压应力储存于结构中,这一预压应力可抵消结构中产生的拉应力,使砼收缩裂缝找到了一条新的解决途径。
5•2 采取“防”的措施。“防”就是采取防护措施来减少结构的温湿度变化。
(1) 施工前应对结构进行收缩应变和应力的理论计算复核,当其值超过砼的最大允许值时,则应在设计和施工等方面采取相应的技术措施。
(2) 对复合结构外墙,宜将保温层设置在外侧,加挂钢丝网抹灰护面,可防止复合墙体弱节点产生的热桥,能减少收缩应力和冻融交变对墙体的影响。利于房屋的热稳定性和室内水蒸汽的散发,符合围护结构中“水蒸汽难进易出的原则
(3) 合理选择施工季节,尽量选择温度较低的季节浇筑砼,因浇筑后温度逐渐上升,在结构内产生的是压应力,一般不会引起裂缝,而且还能抵消一部分砼收缩变形。
(4) 当不能避免在高温季节浇筑砼时,则须采取措施,降低砼入模温度,加强砼硬化初期的养护,延长养护期,尽可能保持砼潮湿状态的时间长一些,一般不少于十四昼夜。
(5) 预防激烈的温度变化。对现浇混凝土结构,应在冬前做好主体封闭和保温,并应尽快住人使用。这对预防砼由于收缩引起裂缝有重要意义,必须从施工组织上加以保证。不仅对控制收缩应力有利,而且对预防激烈温差变化也有实际意义。
(6) 加强施工管理,提高砼质量,也是“防”的重要方面。5•3 采取“抗”的措施。“抗”就是通过增配钢筋来提高砼抗裂性能。
(1) 对两边均嵌固在墙内的板角部分配筋,应根据《混凝土结构设计规范》第7•1•2条二、三的规定:应双向配置上部构造钢筋,其伸出墙边的长度不应小于l1/4;沿受力方向配置的上部构造钢筋(包括弯起钢筋)的截面面积不宜小于跨中受力钢筋截面面积的1/3~1/2。
(2) 由于在门窗洞口会造成收缩应力集中现象的影响,所以应加强孔框或角隅部位的构造配筋。
(3) 当不能避免结构突变产生应力集中时,应做局部处理,可做成逐渐变化的过渡形式,同时加配钢筋。
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