建筑結構剪力墻開裂原因及措施分析

安德籠

摘 要:根據多年的現場施工管理經驗,建筑結構剪力墻開裂是個極為多見的現象,就建筑結構中剪力墻裂縫的成因以及預防措施提出了一些看法。

關鍵詞:剪力墻;裂縫;溫差裂縫;干縮裂縫;結構裂縫

中圖分類號:TU3文獻標識碼:A文章編號:16723198(2009)22029602お

1 裂縫的一般特征和性質

根據本人在實際工程中的施工經驗,綜合目前對裂縫的研究現狀。鋼筋混凝土剪力墻的裂縫一般可分為表面不規則裂縫、貫穿性裂縫。表面不規則裂縫一般出現在混凝土澆注后不久,分布于墻體表面,此種裂縫既寬又密,但深度一般不大,多因養護不足而產生,對結構構件影響一般不大,且易于治理。豎向貫穿性裂縫一般發生在混凝土澆注后若干天后(一般拆模后不久),由下而上,走向與樓面接近垂直,有的通至樓面板底而不穿過樓層,縫寬一般為0.l-0.3mm,個別可達0.4、0.5mm甚至更深,縫深一般較大,最深者可貫穿墻體。

因養護不好引起的表面不規則裂縫常不至于帶來多少影響,且易于處理;下面的定性討論針對可能給結構承載能力或耐久性造成影響的豎向貫穿性裂縫。

(1)據現行規范,剪力墻外墻的最大裂縫寬度允許值為0.2mm;細微的裂縫對結構、構件的承載力及耐久性的影響可以忽略不計;當裂縫寬度超過允許值時應分析裂縫產生的原因并查明是否繼續發展,當確定不再發展時可以采取補強加固措施。

(2)一般混凝土剪力墻裂縫的起因主要是由于混凝土收縮變形產生的拉應力超過混凝土抗拉強度。當裂縫出現后,變形得到滿足,應力得到松弛,因而鋼筋中的應力很低,所以這種裂縫不影響結構的承載能力。

(3)對所處環境類別比較差的地下室側墻,裂縫常由于地下水位的影響給結構帶來耐久性等方面的影響。據有關專家經驗,地下室側墻產生0.l-0.2mm的裂縫時,在水壓不高的情況下,開始有些滲漏,水通過裂縫與水泥發生反應,逐漸形成氫氧化鈣,隨著濃度增加,生成的膠凝物質膠合了裂縫,所以此類裂縫不會影響使用。

2 裂縫產生的原因分析

一般情況下,工程中構件裂縫產生的主要原因可分為兩大類:一是動、靜荷載和其他各種外荷載引起的裂縫;二是由混凝土內外溫差、收縮或地基不均勻沉降等變形荷載引起的裂縫。此外,設計體型和結構布置也是產生裂縫的一個重要原因。總之裂縫產生的原因很復雜,綜合考慮設計、材料、施工及環境等各方面的因素,鋼筋混凝土剪力墻裂縫主要由以下原因產生:

(1)混凝土的收縮應力過大收縮裂縫主要與水泥用量、骨料、構件長度及外加劑等因素有關。

①水泥用量。

目前,隨著我國高層建筑的不斷發展,各種高強度混凝土也得到了廣泛的應用,C50、C60乃至C80混凝土設計標號已屢見不鮮,由此相應的是水泥用量的增大、水灰比的減小。而水灰比是影響混凝土收縮的最主要因素。例如,當水灰比小于0.35時。體內相對濕度很快降至80%以下,自收縮引起的體積減小在8%左右,收縮值相當可觀。

②骨料。

預拌混凝土為了滿足運輸、泵送的要求。增加了細骨料用量,使得骨料的表面積增大,相應包裹在骨料上的水泥及膠凝材料變少,從而減弱了混凝土之間的連接能力,增大了混凝土的塑性收縮。

③構件長度。

現代建筑的跨度、構件長度均有較大提高,顯然對于相同的混凝土收縮率而言,收縮的絕對值增大。如未采取相應措施,則極易產生裂縫。

④外加劑。

外加劑在混凝土中摻量少,作用大。目前使用的混凝土中普遍摻有減水劑、緩凝劑、早強劑、防水劑等多種外加劑。近期研究表明,有近一半外加劑會造成混凝土收縮率大于基準混凝土,混凝土收縮率的增大自然增大了裂縫的出現概率。外加劑對混凝土性能影響極大,可能是導致混凝土開裂的重要原因。

(2)混凝土的溫度應力過大。

溫度裂縫主要與水泥品種、養護條件、拆模時間及溫差等因素有關。

①水泥品種。

目前預拌混凝土大多使用新法(主要為旋窯)燒制成的水泥,尤其為提高混凝土標號,大量使用硅酸鹽水泥,使得水泥水化熱高且集中。水泥水化過程中放出大量的熱量,且大部分水化產生的熱量都是在澆筑的前三天釋放,而混凝土是熱的不良導體,產生的熱量不易散發,內部溫度不斷上升。而拆模后,表面散熱快,溫度較低,內外形成溫度梯度。內部混凝土熱膨脹產生壓應力,外部混凝土產生拉應力。當此拉應力超過此時混凝土的抗拉強度時,便使混凝土產生裂縫開裂。

②養護條件。

由于剪力墻養護不足,墻體表面積大水分散失快,體積收縮大,而內部濕度變化相對較小,體積收縮較小,表面收縮變形受到內部混凝土的約束而產生拉應力,引起混凝土表面開裂。

③拆模時間。

墻體模板的拆除時間過早,混凝土表面溫度急劇變化,產生較大的降溫收縮,表面受到內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力(內部混凝土溫度變化相對較小,受自約束而產生壓應力),而混凝土早期抗拉強度和彈性模量較低,因而出現墻體表面較淺范圍內的裂縫。另外在室外溫差較大的嚴冬和盛夏,由于混凝土結構不易導熱,在結構的頂部和底部常產生溫度裂縫。

3 裂縫的預防和治理措施

(1)調整混凝土各組成分。如采用高標號水泥,減小水泥用量;盡量使用低水化熱的水泥;嚴格控制外加劑的品種及用量;砂宜采用中砂,保證石子級配良好。并嚴格控制砂石含泥量。

(2)拆模及養護。適當延長剪力墻混凝土的拆模時間,并且拆模時不要馬上移走模板,而是先讓模板拆開一條縫隙作澆水養護用,從而改善混凝土的養護環境以達到控制墻體裂縫的目的。特別是預拌混凝土早期水化快,所產生的熱量發展快,要求拌合物保水性強,泌水小,為此,施工過程中應特別注意加強養護環節的管理及防護措施的應用。施工中當混凝土密實后,應盡可能早地覆蓋養護,及時噴水,適當延長養護時間,這樣,可以減少內外部溫差,從而保證混凝土養護的最佳效果。

(3)混凝土中摻加膨脹劑。微膨脹劑由于在一定程度上補償了收縮應力,就能有效減少混凝土收縮裂縫。

(4)剪力墻上增開“結構小洞”。這可能是最有效的方法,通過開洞把長墻變成短墻,減少混凝土收縮變形的約束,使混凝土收縮應力得到釋放,從而達到控制墻體裂縫的目的,但必需重新對結構進行計算,確保結構的安全及正常的使用功能。

(5)留置后澆帶。即先澆注后澆帶兩側混凝土,約兩個月后當混凝土收縮變形趨于穩定時,再澆筑留縫部位,從而避免因收縮應力而出現裂縫。

(6)在剪力墻中部設置暗梁(或設置頂部暗圈梁)。這樣貫穿性裂縫只能裂到梁底,而不至裂到樓面板底,可有效減小有害裂縫的長度。

4 結語

雖然剪力墻開裂產生的原因比較復雜,不僅與剪力墻尺寸及其所受約束有關,而且與構成墻體的各種材料及其形成環境等多種因素有關,但是只要從設計、材料、施工及環境等方面進行科學地分析,并采取控制裂縫的有效措施,實施綜合治理,高層建筑混凝土剪力墻的裂縫是可以控制的。

參考文獻

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