裝配式建筑用空心砌塊受外界溫度的影響研究

【摘要】空心磚砌塊隨外界溫度變化會在內部產(chǎn)生裂紋，進而影響砌塊墻體的性能。為了解決這一問題本文分析了外界溫度變化引起的墻體裂紋形式，并提出了外界溫度作用下空心磚砌塊墻體水平應力和剪切應力的計算公式。

【關鍵詞】空心磚砌塊；溫度作用；理論計算；設計

【中圖分類號】TU 318

【文獻標識碼】A

1、引言

混凝土小型空心砌塊是一種可以替代實心磚砌塊的建筑材料，已被廣泛應用于建筑領域[1]。空心砌塊受外界溫度的影響較為顯著，本文首先分析了由溫度變化引起的空心砌塊墻體裂紋的主要形式，并提出了外界溫度影響下空心磚砌塊墻體水平應力和剪切應力的計算公式。

2、由外界溫度引起的空心砌塊墻體的裂紋

空心砌塊墻體產(chǎn)生裂紋的原因有很多，例如外界溫度變化引起的應力，地基不規(guī)則沉降，空心切塊干燥收縮，外部載荷積累破壞，砌塊質量以及施工不合格等。本文通過調查發(fā)現(xiàn)，導致空心砌塊墻體產(chǎn)生裂紋的主要是由外界溫度差異引起的。

外界溫度差異引起空心砌塊墻體產(chǎn)生裂紋的形式如要有位于內墻的裂紋（呈現(xiàn)階梯狀），位于外縱墻位置的裂紋（呈正八字形），位于墻頂?shù)牧鸭y（主要在頂端）以及位于門窗位置的裂紋。其中內墻、外縱墻和門窗位置的裂紋為主要形式。

呈現(xiàn)階梯狀的內墻裂紋是較為普遍的溫度導致的墻體裂紋，主要位于內橫墻和內縱墻位置，其中內橫墻處的階梯型裂紋更為常見，這種裂紋起始于墻體頂部，向墻體兩側擴展，如圖1所示。同時在南向房屋出現(xiàn)此類裂紋的概率要大于北向房屋。

外縱墻位置的裂紋主要出現(xiàn)在小空心砌塊墻體中，形狀為正八字形，出現(xiàn)在墻體頂端，向兩側延伸，在所有采用小空心砌塊構建的墻體上，位于窗口位置的四角處都存在此類型的裂紋，如圖2所示。

采用裝配式建筑用空心砌塊的墻體中，受外界溫度變化的影響，墻體產(chǎn)生側向位移，墻體門窗開口處的四周由于應力較為集中，因而容易產(chǎn)生裂紋，裂紋形式如圖3所示。

3、外界溫度影響下空心砌塊墻體受力計算

空心磚砌墻受外界溫度影響產(chǎn)生破壞，水平方向和豎直方向載荷共同作用于墻體，以位移Δ/H為衡量條件，將破壞過程分為5級，Δ/H≤1/1500時為1級，此時墻體完好，1/1500<Δ/H≤1/1000時為2級，墻體出現(xiàn)細小裂紋，1/1000<Δ/H≤1/800時為3級，墻體呈現(xiàn)中等破壞，裂紋較多且明顯，1/800<Δ/H≤1/300為4級，墻體裂紋開始變寬，Δ/H>1/300時為5級，此時墻體已經(jīng)呈現(xiàn)局部倒塌。應將位移控制在≤1/2000的范圍內。

當前關于空心砌塊墻體在外界溫度影響下的受力計算尚無明確計算公式，本文提出了外界溫度作用于空心砌塊墻體的水平力、剪切力的計算公式。

對于空心砌塊墻體，需要綜合考慮縱橫墻空間和一年內溫度變化的影響。設墻體頂層的頂端在ΔT1溫度范圍內位移為ΔL1，屋面板在ΔT2溫度范圍內位移為ΔL2，ΔT2>ΔT1，變形協(xié)變條件需要滿足ΔL1=ΔL2，可以得到式1：

式1中外界溫度的變化系數(shù)用η表示；空心砌塊墻體縱墻和橫墻空間的作用系數(shù)用ψ表示；墻體和屋面板的膨脹系數(shù)用α1和α2表示；空心砌塊墻體的計算長度用l表示；屋面板的彈性模量用E表示；屋面板截面積用A表示；墻體的總剛度為K0，抗側剛度K=NK0。

再將空心砌塊墻體頂端的兩種情況（自由、嵌固）進行綜合考量，可以得到空心砌塊墻體抗側剛度（K）的計算公式，如式2所示：

式1中，彎、剪應力共同作用的系數(shù)用Φ表示，取0.75；空心砌塊墻體的彈性模量用E1表示，位于芯柱后和構造柱后的墻體的慣性矩用I0表示；墻體高度用H表示；不均勻的剪應力系數(shù)用ξ表示；位于芯柱后和構造柱后的墻體的截面積用A0表示。

根據(jù)式1和式2可知，在外界溫度作用下，空心砌磚墻體的水平應力P和剪切應力τmax如式3所示：

式中端開間墻體的長度用B表示，厚度用t表示。

結論：

綜上所述，在外界溫度作用下，空心砌塊墻體出現(xiàn)的裂紋主要有內橫墻裂紋（階梯形），外縱墻裂紋（正八字形）和門窗裂紋。在此基礎上提出了空心磚砌墻水平應力、剪切應力的計算公式，量化了溫度對空心砌塊的影響，為之后的研究提供了參考。

參考文獻：

[1]金偉良，徐銓彪，潘金龍等.不同構造措施混凝土空心小型砌塊箱體的抗側力性能試驗研究[J].建筑結構學報，2001，22（6）：64-72.

作者簡介：

李斌，湖南省第二工程有限公司，湖南長沙。