剪力墻墻體豎向微小裂縫的預防與控制措施探討

摘要：目前超高層建筑的筒體部分采用鋼板混凝土組合剪力墻，即在高強、高性能混凝土中加入鋼板或者在鋼框架隔板之間澆筑高強、高性能混凝土，然而工程中混凝土的開裂可謂是“多發(fā)病”，當混凝土開裂嚴重時，其對結構的整體受力性能和耐久性能都會造成致命影響。文章對剪力墻墻體豎向微小裂縫的預防與控制措施進行了探討。

關鍵詞：剪力墻；墻體豎向微小裂縫；裂縫預防；裂縫控制；超高層建筑 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU37 文章編號：1009-2374（2015）12-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.059

1 剪力墻概述

鋼板混凝土組合剪力墻結構是由鋼板剪力墻結構發(fā)展起來的一種新型抗側力體系，鋼板剪力墻的性能很大程度上決定了鋼板混凝土組合剪力墻的性能。鋼板剪力墻結構誕生于20世紀70年代，其墻體單元由內(nèi)嵌鋼板、豎向邊緣構件（邊框柱）和水平邊緣構件（邊框梁）組成。邊框柱相當于翼緣，中間的鋼板相當于腹板，邊框梁則可近似等效為橫向加勁肋，即鋼板剪力墻的受力特征類似于底部被嵌固的豎向懸臂桁架。鋼板、邊框柱、邊框梁的相互作用共同提供了墻體的抗側移剛度。

鋼板混凝土組合剪力墻是以鋼板剪力墻為核心依托，通過抗剪栓釘以及內(nèi)外縱橫分布筋與混凝土相互作用，最后形成鋼與混凝土協(xié)同受力的復合型墻體。鋼板混凝土組合剪力墻中混凝土為鋼板提供面外支撐，防止鋼板過早受力屈曲的同時，又為鋼板提供了防火保護；同時，在混凝土的保護下，鋼板能夠提高結構的整體側向剛度及位移延性。

鋼板混凝土組合剪力墻根據(jù)鋼板與混凝土的相對位置可分為內(nèi)嵌鋼板混凝土組合剪力墻、單側鋼板混凝土組合剪力墻、雙鋼板混凝土組合剪力墻。其中，內(nèi)嵌鋼板混凝土組合剪力墻是把鋼板嵌入到混凝土中，然后靠鋼板兩側的栓釘形成整體墻；單側鋼板混凝土組合剪力墻是把鋼板立于墻體一側，并通過栓釘與混凝土相連；雙鋼板混凝土組合剪力墻是把鋼板立于墻體兩側，中間再澆筑混凝土，兩側的鋼板可用開洞的隔板連接。

2 剪力墻墻體豎向微小裂縫的影響因素

城市混凝土剪力墻溫度裂縫的產(chǎn)生，一方面是由于混凝土內(nèi)外溫差而引起的溫度應力；另一方面是由于混凝土結構受到約束作用而不能自由變形，當由此而產(chǎn)生的應力大于相應齡期混凝土的抗拉極限時，結構便會產(chǎn)生裂縫。此外混凝土澆筑完成后的某些化學反應及水分的散失還會導致混凝土體積收縮，而造成收縮應力，收縮應力與溫度應力的共同作用，將會加劇混凝土結構的開裂。影響城市混凝土剪力墻開裂的因素可歸為以下三類：

2.1 水泥水化熱

水泥水化的過程中會產(chǎn)生大量水化熱，而城市混凝土剪力墻一般斷面較厚，并且由于混凝土導熱性能較差，聚集在結構物內(nèi)部的水化熱不易散失，混凝土結構內(nèi)部溫度急劇上升。相關工程實踐表明，水泥水化溫升約為15℃～30℃，有時甚至可達到40℃。因水泥水化熱引起的混凝土絕熱溫升與水泥品種和水泥用量有關，并與混凝土齡期呈指數(shù)增長關系，混凝土澆筑2～4d絕熱溫升最高。由于澆筑初期混凝土彈性模量和強度較低，對因水化熱引起的溫升影響不大，相應齡期的結構溫度應力也比較小。隨著混凝土齡期的增長，混凝土彈性模量增大，因混凝土內(nèi)部的降溫收縮而受到的約束也越來越大，結構將產(chǎn)生較大的拉應力，這種拉應力大于相應齡期混凝土的抗拉強度時，結構開裂。

2.2 環(huán)境溫度的變化

在混凝土結構的施工養(yǎng)護階段，環(huán)境溫度的變化對混凝土內(nèi)外溫差有很大影響。外界氣溫越高，混凝土的入模溫度也越高，混凝土內(nèi)部溫度越高。施工養(yǎng)護期間環(huán)境溫度急劇變化特別是當寒潮到來時，混凝土表面溫度迅速降低，而若此時混凝土結構內(nèi)部仍處升溫階段，將會在結構表面形成較大的溫度梯度，限制混凝土急劇收縮，從而引起較大的溫度應力，在混凝土結構表面產(chǎn)生裂縫。混凝土結構的內(nèi)外溫差=混凝土結構內(nèi)部中心點的溫度-相應齡期混凝土表面溫度，其中混凝土結構內(nèi)部中心點的溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升、結構物散熱降溫等因素的疊加；混凝土表面溫度可近似取為環(huán)境溫度?？梢姯h(huán)境溫度的變化直接影響結構內(nèi)外溫差，進而影響溫度應力，所以在施工、養(yǎng)護過程中充分考慮環(huán)境溫度的變化、做好保溫措施對于減小內(nèi)外溫差、控制溫度裂縫具有重要意義。

2.3 混凝土的收縮變形

混凝土的收縮變形包含兩個階段：硬化初期水泥是凝結固化過程所產(chǎn)生的體積收縮和后期混凝土內(nèi)部自由水分的蒸發(fā)所引起的干縮。影響混凝土結構收縮變形的因素如下：（1）混凝土的配合比。水灰比越大、水泥用量越多，混凝土收縮越大，而良好的骨料級配對混凝土的收縮有限制作用；（2）干燥失水。干燥失水是導致混凝土收縮的重要原因，所以結構養(yǎng)護溫度、濕度是影響其水分保持的重要因素。工程實踐表明，高溫濕養(yǎng)可加快水化作用，從而減少混凝土中自由水分的含量，減小收縮；（3）體表比（構件體積與其表面積的比值）。試驗表明體表比決定了混凝土中水分的蒸發(fā)速度，體表比越小構件的收縮量越大。

3 防治地裂縫措施

針對地裂縫災害對城市建筑的威脅，避免城市建筑受到破壞，城市建筑政府應從地裂縫誘因出發(fā)，杜絕因超采地下承壓水而出現(xiàn)地裂縫發(fā)展和地面沉降問題，在1996年封停了四百多口自備井，同時開始使用黑河水源供水，并明令禁止非法開采地下承壓水。

在城市規(guī)劃上，為了有效利用土地資源，城市建筑政府出臺了地方性規(guī)程《西安地裂縫場地勘察與工程設計規(guī)程》，現(xiàn)行的是DBJ61-6-2006版本。該規(guī)程在總則1.0.3中規(guī)定：“在西安地裂縫場地進行建設，應根據(jù)地裂縫的特性和工程重要性，采取以避讓為主的綜合措施，防止地裂縫活動可能產(chǎn)生的危害?！边@充分說明了城市建筑在防治地裂縫災害的措施上主要采取避讓的原則，來使建筑物免遭其害。

在地裂縫影響區(qū)規(guī)劃建筑時，規(guī)程規(guī)定，非特殊建筑嚴禁跨縫布置，且建筑物長邊宜平行于地裂縫布置，并在此基礎上規(guī)定了建筑物基礎底面外沿至地裂縫的最近距離為避讓距離，最小避讓距離應符合要求。在地裂縫內(nèi)的建筑，應增加結構整體剛度和強度，體型應簡單，體型復雜時，各獨立體型單元長高比不應大于2.5；地基宜采用鋼筋混凝土雙向條基、筏基或箱基，目的是利用整體大剛度來增加適應不均勻沉降的能力。

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作者簡介：賈克（1989-），男，廣東珠海人，珠海華發(fā)城市之心建設控股有限公司助理工程師，研究方向：土木工程。

（責任編輯：蔣建華）