大柱距地梁結構上部墻體裂縫分析與預防

關 英

(山西鋼鐵建設(集團)有限公司,山西 太原 030003)

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大柱距地梁結構上部墻體裂縫分析與預防

關 英

(山西鋼鐵建設(集團)有限公司,山西 太原 030003)

結合某廠房墻體裂縫的分布規律，復核審查了該廠房的設計方法與施工質量，并通過理論計算分析，對不同荷載布置形式進行了對比，指出了產生墻體裂縫的主要原因，論證了按國家規范進行建筑結構設計的嚴肅性和重要性。

墻梁，托梁，裂縫，撓度，彎矩

1 工程概況

某工程主廠房圍護結構為獨立柱基礎，托梁承重，磚砌體封閉。基礎埋深標高-9.5 m,±0.00相當于絕對標高801.3 m。采用天然地基，地基為第四紀全新世沖、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，地下水標高-3.2 m，基礎混凝土強度等級為C20，獨立柱基礎軸線間距6 m，在獨立柱基礎頂標高-0.80 m處布設基礎墻梁，墻梁截面尺寸為250 mm×500 mm，長度44 500 mm,5 200 mm不等，以JL-1數量最多。

在墻梁上砌240 mm磚墻封閉廠房，每跨布設窗戶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。

立面形式見圖1。

大墻施工完畢一段時間后，發現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。窗臺一側或兩側有一斜裂縫④，從現場實際觀察看，主廠房從一區到十區均不同程度的存在上述裂縫。各柱間裂縫位置基本相同，裂縫分部極有規律性和普遍性。

2 設計復核

按GB 50003—2011砌體結構設計規范進行設計復核。選取軸120～121跨進行分析，基梁JL-1 C20混凝土，截面尺寸為250 mm×500 mm，受拉區鋼筋4φ22，受壓區鋼筋2φ16。

依據《砌體結構設計規范》第七節7.3.3條規定：

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

取托梁頂面一層層高，當hw>L0時取hw=L0對應JL-1墻梁的計算高度H0=0.5hb+hw=5 250 mm，相當于墻體4.950 m標高以下部分。

《砌體結構設計規范》第7.3.2條規定：墻梁計算高度范圍內每跨允許設置一個洞口，而本設計計算高度范圍內設有兩個洞口，即C-1：1 800 mm×3 600 mm兩個；顯然與規范要求不符，且窗洞口離支座過近，已不能形成深梁的受力狀態[1]——即托梁上部荷載已無法主要通過墻體的拱作用向兩邊支座傳遞。

3 施工質量審查

基礎梁為某混凝土加工廠生產，具有預制混凝土構件出廠合格證，混凝土強度合格，齡期超過28 d。

磚墻設計采用MU7.5磚,M5砂漿，從該工程技術保證資料查看：磚采用MU10，砂漿試塊強度報告單提供的砂漿強度等級為M5.8～M7.7，現場查看施工質量亦良好。

4 托梁撓度驗算

4.1 荷載計算

1)窗上部荷載q1。考慮上部荷載主要通過磚拱作用向兩側支座傳遞，因此按規范荷載取窗邊距的1/3作為計算高度，按均布荷載計取。

2)窗間墻荷載q2。因軸線處墻體荷載對托梁影響很小，故略去不計，僅考慮窗間墻荷載q2。計算得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 內力計算

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

4.3 梁撓度驗算

經計算得：受彎構件短期剛度Bs=3.424E13;托梁撓度f=6.2mm。

5 大墻裂縫原因分析

5.1 裂縫原因分析

1)由計算知托梁在上部荷載作用下產生彎曲變形，托梁下撓，由直線變為曲線。上部砌體隨托梁下撓變形，在砌體下部產生拉應力以抵抗彎曲變形。當彎曲拉應力超過砌體的抗拉強度時，砌體即被拉裂，裂縫寬度和高度應與撓度成正比，且裂縫開展至中性軸附近，一般不會越過中性軸。實際表現應為托梁跨中處的裂縫最寬、最高，兩側依次減之，實際情況大墻該處裂縫③(如圖1所示)與分析結論相吻合。2)由于跨中部位的窗間墻隨托梁下撓，而端部支撐在基礎上，故砌體內必然產生豎向拉應力抵抗砌體下沉變形，并以砌體被拉裂的形式表現出來，由于窗上部圈梁對上部荷載的支撐作用，所以①號水平縫幾乎全部產生于窗上口圈梁下部，軸線基礎處墻體不受托梁撓度影響，故很少有水平縫產生。②號水平裂縫與天車震動有關。3)C-1窗下部的砌體與跨中窗間墻傳下來的荷載共同作用下，托梁產生彎曲變形，由于軸線處墻體對其端部轉動的約束作用，在砌體中產生剪應力是④號裂縫產生的主要原因。

5.2 實際裂縫寬度與計算寬度差別較大的原因分析

計算的托梁撓度值為6.2mm，而實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，托梁逐漸下撓，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、砂漿強度的增長，砌體自身已消化了絕大部分的變形。2)當澆筑標高4.5m圈梁時，托梁計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。3)因施工工序的原因，抹面砂漿與砌體砌筑完畢有一定時間間隔，抹面砂漿將原墻體裂縫掩蓋，由于托梁長期剛度比短期剛度小，混凝土受壓徐變，又將抹面砂漿拉裂，故墻體表現出來的裂縫寬度遠比計算的變形值小。

5.3 墻梁計算高度范圍內三種布置形式對比分析

將原設計每跨兩個窗洞口時的受力狀態、內力圖、撓度值與按規范每跨僅設置一個窗洞口(兩個C-1合二為一)時的情況進行對比(見圖2)，從圖2中可以看出，由于設兩個窗洞口時的跨中荷載是一個窗洞口時的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。雖然設計托梁的撓度值遠比規范允許值(L0/250)

19.2mm小，但由于跨中窗間墻對托梁下撓變形反應非常敏感，造成墻體裂縫。這也是規范規定只允許設一個洞口的主要原因。

6 大墻裂縫發展狀況

根據混凝土應力徐變曲線，半年后受壓混凝土可完成總徐變量的70%～80%，一年后趨于穩定[2]。根據該廠房封閉完成時間推算：托梁變形已完成絕大部分，同時因托梁受壓區配有2φ16鋼筋，可減少托梁在長期荷載作用下撓度的發展[3]。所以預計大墻裂縫已完成最終值的95%左右，處于基本穩定狀態。根據經驗及規范允許值，此裂縫對結構安全無大的影響，可不采取處理措施。

7 預防措施

1)設計人員應嚴格遵守設計規范進行墻梁的設計，當應工藝要求或其他原因不得不設置雙洞口布置形式時，托梁應根據上面傳來的全部荷載按受彎構件進行設計；2)考慮到該處墻體對變形的敏感性，應在設計托梁時提高其剛度，降低托梁撓度設計允許值；3)在托梁受壓區增加受壓區鋼筋截面面積，提高其配筋率，以減小托梁在長期荷載作用下撓度的發展；4)增加鋼筋混凝土窗帶，預防窗臺下側斜裂縫的產生。

[1] 陸繼贄.混合結構房屋[M].天津：天津大學出版社,1992:128.

[2] 張季超,隋莉莉.混凝土結構設計原理[M].北京：高等教育出版社,2016:31，33.

[3] 車宏亞.鋼筋混凝土結構原理[M].天津：天津大學出版社,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 英(1969- )，男，工程師

TU312.3

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