基于溫度效應(yīng)的抗裂概念設(shè)計(jì)方法

鐘巧玲

（大朗鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)辦公室，廣東 東莞 523770）

1 砌體結(jié)構(gòu)整體有限元分析結(jié)論

對(duì)砌體結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與仿真分析、整體有限元分析得出以下主要結(jié)論：

通過砌體結(jié)構(gòu)的整體有限元分析得到，砌體結(jié)構(gòu)的溫度作用主要作用在頂層或頂上二層的端開間，并確定這兩層的外縱墻、內(nèi)橫墻為主要抗裂目標(biāo)，其次為內(nèi)縱墻和山墻。

通過有限元分析和試驗(yàn)研究可知，門窗洞口對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的剛度和整體性的削弱作用十分明顯，在門窗洞口四角容易形成應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致墻體開裂。

經(jīng)過砌體結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與仿真分析以及溫度應(yīng)力的有限元分析可知，采用“防”的構(gòu)造措施(如屋面設(shè)置保溫層)對(duì)防止溫度裂縫的出現(xiàn)有很好的效果，保溫隔熱屋面能有效地降低溫度應(yīng)力的計(jì)算溫差從而達(dá)到減少砌體結(jié)構(gòu)的墻體變形和應(yīng)力之目的。

通過整體有限元分析中可知，采用“放”的構(gòu)造措施后(如在墻體容易出現(xiàn)裂縫的部位設(shè)置溫度伸縮縫和控制縫)，極為有效地減少了墻體的軸向位移和應(yīng)力，可見溫度伸縮縫和控制縫對(duì)于墻體抗裂的重要性。

同時(shí)從整體有限元和墻體試驗(yàn)結(jié)果可知，在墻體中薄弱部位采取“抗”的構(gòu)造措施(如窗兩側(cè)、墻兩側(cè)，墻體交界處設(shè)置芯柱和構(gòu)造柱)后，加強(qiáng)了墻體的整體性和抗水平作用的能力，從而增強(qiáng)了墻體的抗裂能力，但若只采用“抗”的構(gòu)造措施來控制墻體的變形和應(yīng)力，需采取很強(qiáng)的“抗”的構(gòu)造措施，不符合經(jīng)濟(jì)性要求。

從墻體試驗(yàn)結(jié)果可知，通長(zhǎng)窗臺(tái)圈梁對(duì)防止外縱墻八字縫、墻側(cè)構(gòu)造柱對(duì)防止墻側(cè)水平縫、全截面的墻體圈梁對(duì)防止圈梁和墻體交界處的水平縫都有很好的作用。采取構(gòu)造措施后的墻體，其抗裂強(qiáng)度和變形性能都有大幅度的提高。

2 砌體結(jié)構(gòu)溫度裂縫控制的概念設(shè)計(jì)

根據(jù)有限元計(jì)算分析和試驗(yàn)成果，掌握了砌體結(jié)構(gòu)溫度裂縫的整體分布規(guī)律，了解了各種構(gòu)造措施對(duì)墻體抗裂性能的影響以及采取構(gòu)造措施后的整體抗裂效果，在此基礎(chǔ)上就可對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)了。本文基于溫度效應(yīng)的砌體結(jié)構(gòu)抗裂概念設(shè)計(jì)，從材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和施工等多方面綜合考慮，具體措施如下:

2.1 材料方面

(1)砂漿的強(qiáng)度直接關(guān)系到砌體結(jié)構(gòu)墻體的抗裂強(qiáng)度，在以前的設(shè)計(jì)中砂漿的強(qiáng)度往往隨著建筑物高度的增加而減少，這是針對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的豎向承載力來設(shè)計(jì)的，但對(duì)于建筑物的抗裂來說，實(shí)際上是一個(gè)不利的概念。從整體有限元分析中可知溫度裂縫一般都集中在定層或頂上兩層，而且頂層和次頂層墻體垂直正應(yīng)力較小，墻體抗剪強(qiáng)度相對(duì)比底部墻體低，所以頂層采用的砂漿強(qiáng)度應(yīng)適當(dāng)提高，從MU5.0提高到MU10。

(2)所用的砌體宜采用較高強(qiáng)度等級(jí)，保證墻體裂縫不貫穿砌體塊體。構(gòu)造柱和圈梁以及窗臺(tái)梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于C20。

2.2 構(gòu)造措施方面

(1)在總體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意建筑剛度的均勻性，加強(qiáng)整體剛度，對(duì)體型復(fù)雜的建筑物，應(yīng)用伸縮縫將建筑物分成幾個(gè)剛度均勻的獨(dú)立單元。伸縮縫的位置，不僅要看建筑的長(zhǎng)度，還要看體型、朝向及地區(qū)環(huán)境等因素;地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，應(yīng)將地基的不均勻沉降進(jìn)行核算，其地基容許變形值，應(yīng)按地基規(guī)范的規(guī)定，從嚴(yán)掌握;結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，除對(duì)砌體的承載能力進(jìn)行核算外，尚應(yīng)對(duì)可能產(chǎn)生的剪、拉附加應(yīng)力做充分的估計(jì)，采取必要的措施。

(2)根據(jù)多層砌體結(jié)構(gòu)墻體應(yīng)力和變形分布規(guī)律，溫度裂縫的抗裂構(gòu)造措施設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在房屋頂層和次頂層，構(gòu)造措施設(shè)計(jì)應(yīng)采取“防”、“放”、“抗”綜合防治方法。

(3)對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)，在抗裂設(shè)計(jì)中必須采用保溫、隔熱屋蓋，增強(qiáng)屋蓋結(jié)構(gòu)的熱阻，達(dá)到減少屋蓋與墻體之間溫差的目的，宜采用瓦屋面，瓦面材料不宜采用粘貼的暗色纖維瓦。

(4)若建筑物長(zhǎng)度超過40m就應(yīng)該在屋面設(shè)置不少于一道溫度伸縮縫，給墻體的變形設(shè)置一定的預(yù)留空間，從而達(dá)到抗裂目的。

(5)為了防止以往設(shè)計(jì)中墻體圈梁和墻體交界處的水平裂縫，在窗臺(tái)上方和門上方取消過梁，采用全截面圈梁。

(6)應(yīng)增強(qiáng)房屋四角和樓梯間橫墻的剛度，在房屋四角兩側(cè)各增設(shè)兩個(gè)構(gòu)造柱，在樓梯間四角設(shè)構(gòu)造柱，適當(dāng)加大樓梯間墻體外端的構(gòu)造柱截面。

(7)縱墻抗裂措施

①為防止頂層和次頂層窗臺(tái)角的八字縫，在頂層和次頂層房屋兩端兩個(gè)開間設(shè)通長(zhǎng)窗臺(tái)圈梁，在窗側(cè)設(shè)置構(gòu)造柱。②在頂層和次頂層端部開間內(nèi)縱墻和外縱墻的門側(cè)設(shè)構(gòu)造柱。

(8)橫墻抗裂措施

橫墻在頂層常見裂縫為階梯縫，因縱墻窗臺(tái)下墻體剛度較窗間墻的剛度大，橫墻階梯縫一般在窗臺(tái)高度處沿45°方向首先出現(xiàn)，隨后向上下發(fā)展，為了防止該裂縫的產(chǎn)生，在頂層橫墻中部每隔兩皮設(shè)鋼筋3Фb4鋼筋網(wǎng)片并加密構(gòu)造柱。

(9)山墻抗裂措施

山墻部分因日照強(qiáng)度大，常因溫度作用或收縮作用發(fā)生豎向裂縫，采用配置水平鋼筋網(wǎng)片或增加豎向構(gòu)造柱來防治，若墻體較長(zhǎng)，按2m間距增設(shè)構(gòu)造柱。

(10)加強(qiáng)構(gòu)造柱和墻體的連接，構(gòu)造柱和墻體的連接部位按每皮設(shè)3Фb4鋼筋網(wǎng)片，伸入墻內(nèi)1000mm,鋼筋網(wǎng)片加強(qiáng)了小截面窗間墻的抗剪能力和構(gòu)造柱和橫墻的連接。

(11)應(yīng)加強(qiáng)頂層圈梁的設(shè)置，對(duì)頂層的所有縱、橫墻均設(shè)置圈梁以提高墻體的整體性，并在施工上保證圈梁混凝土的質(zhì)量，有助于提高磚墻的整體性，有效地防止裂縫發(fā)展。

(12)加強(qiáng)屋蓋挑檐的處理

屋蓋大挑檐處，圈梁、現(xiàn)澆屋面板共同組成剛度較大的現(xiàn)澆板，由于挑檐上的保溫層較薄，遇溫差變化，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將導(dǎo)致墻體開裂，因此應(yīng)盡量減少挑檐的挑出長(zhǎng)度，減小斷面，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加強(qiáng)其縱向配筋對(duì)挑檐應(yīng)采取一定的措施，如:控制水灰比和坍落度、實(shí)行兩次分段澆灌、采用后澆帶及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等，以防止或減少收縮裂縫的出現(xiàn)。

(13)加強(qiáng)磚砌女兒墻的構(gòu)造措施

磚砌女兒墻與圈梁間也是溫度裂縫的多發(fā)區(qū)，在女兒墻中應(yīng)設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱，在女兒墻頂設(shè)鋼筋混凝土壓頂，構(gòu)造柱從頂層圈梁伸至女兒墻的壓頂，與女兒墻的壓頂形成連接整體，可增強(qiáng)其抵抗能力，有效避免裂縫的產(chǎn)生。一般構(gòu)造柱的設(shè)置間距為3m左右且建筑物的角點(diǎn)必須設(shè)置。

(14)屋面的加強(qiáng)處理

為防止現(xiàn)澆屋面開裂，每隔15m左右設(shè)后澆溫度縫，縫寬600一800mm，縫內(nèi)混凝土斷開，鋼筋不斷，待主體完成需做保溫層前，再灌注混凝土，混凝土等級(jí)提高一級(jí)，并加膨脹劑。

3 施工方面

嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量；砂漿配比應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)材質(zhì)情況，由有資質(zhì)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室確定，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材質(zhì)的變化及時(shí)調(diào)整;在滿足砂漿和易性的前提下，控制好砂漿的強(qiáng)度；加強(qiáng)施工管理，提高砌筑質(zhì)量。要保證灰縫砂漿的飽滿度和厚度，控制磚的含水率，嚴(yán)禁干磚砌筑或施工中磚澆水過多，采用一順一丁、梅花丁或三順一丁等控制性較好的砌筑方法。保證磚的搭接長(zhǎng)度，嚴(yán)格控制半磚數(shù)量，對(duì)墻角和縱橫墻交接處，盡量作到同步澆注，減小留搓部位，以利于房屋的整體性；屋面保溫層的施工，要保證松散保溫材料的質(zhì)量，控制保溫層的厚度；盡量選擇適當(dāng)?shù)氖┕囟龋貏e是屋面混凝土工程的施工溫度，以減少季節(jié)差。盡量避免在炎熱的夏季和寒冷的冬季施工，要加強(qiáng)混凝土工程的養(yǎng)護(hù)和保溫措施；加強(qiáng)施工隊(duì)伍的管理，提高施工隊(duì)伍的素質(zhì)和責(zé)任心，把施工過程中造成砌體開裂的人為因素降至最低。