剪力墻墻體豎向微小裂縫的預(yù)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(qiáng)、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(qiáng)、高性能混凝土，然而工程中混凝土的開(kāi)裂可謂是“多發(fā)病”，當(dāng)混凝土開(kāi)裂嚴(yán)重時(shí)，其對(duì)結(jié)構(gòu)的整體受力性能和耐久性能都會(huì)造成致命影響。文章對(duì)剪力墻墻體豎向微小裂縫的預(yù)防與控制措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：剪力墻；墻體豎向微小裂縫；裂縫預(yù)防；裂縫控制；超高層建筑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU37 文章編號(hào)：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(jié)構(gòu)是由鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展起來(lái)的一種新型抗側(cè)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(jié)構(gòu)誕生于20世紀(jì)70年代，其墻體單元由內(nèi)嵌鋼板、豎向邊緣構(gòu)件（邊框柱）和水平邊緣構(gòu)件（邊框梁）組成。邊框柱相當(dāng)于翼緣，中間的鋼板相當(dāng)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(cè)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(guò)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(fù)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(guò)早受力屈曲的同時(shí)，又為鋼板提供了防火保護(hù)；同時(shí)，在混凝土的保護(hù)下，鋼板能夠提高結(jié)構(gòu)的整體側(cè)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(duì)位置可分為內(nèi)嵌鋼板混凝土組合剪力墻、單側(cè)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(cè)的栓釘形成整體墻；單側(cè)鋼板混凝土組合剪力墻是把鋼板立于墻體一側(cè)，并通過(guò)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(cè)，中間再澆筑混凝土，兩側(cè)的鋼板可用開(kāi)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(yīng)力；另一方面是由于混凝土結(jié)構(gòu)受到約束作用而不能自由變形，當(dāng)由此而產(chǎn)生的應(yīng)力大于相應(yīng)齡期混凝土的抗拉極限時(shí)，結(jié)構(gòu)便會(huì)產(chǎn)生裂縫。此外混凝土澆筑完成后的某些化學(xué)反應(yīng)及水分的散失還會(huì)導(dǎo)致混凝土體積收縮，而造成收縮應(yīng)力，收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力的共同作用，將會(huì)加劇混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。影響城市混凝土剪力墻開(kāi)裂的因素可歸為以下三類：

2.1 水泥水化熱

水泥水化的過(guò)程中會(huì)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(dǎo)熱性能較差，聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的水化熱不易散失，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度急劇上升。相關(guān)工程實(shí)踐表明，水泥水化溫升約為15℃～30℃，有時(shí)甚至可達(dá)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(guān)，并與混凝土齡期呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)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(qiáng)度較低，對(duì)因水化熱引起的溫升影響不大，相應(yīng)齡期的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力也比較小。隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，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(lái)越大，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力大于相應(yīng)齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

2.2 環(huán)境溫度的變化

在混凝土結(jié)構(gòu)的施工養(yǎng)護(hù)階段，環(huán)境溫度的變化對(duì)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(hù)期間環(huán)境溫度急劇變化特別是當(dāng)寒潮到來(lái)時(shí)，混凝土表面溫度迅速降低，而若此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部仍處升溫階段，將會(huì)在結(jié)構(gòu)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(yīng)力，在混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差=混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部中心點(diǎn)的溫度-相應(yīng)齡期混凝土表面溫度，其中混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部中心點(diǎn)的溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升、結(jié)構(gòu)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。可見(jiàn)環(huán)境溫度的變化直接影響結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，進(jìn)而影響溫度應(yīng)力，所以在施工、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中充分考慮環(huán)境溫度的變化、做好保溫措施對(duì)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(gè)階段：硬化初期水泥是凝結(jié)固化過(guò)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(jié)構(gòu)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(jí)配對(duì)混凝土的收縮有限制作用；（2）干燥失水。干燥失水是導(dǎo)致混凝土收縮的重要原因，所以結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)溫度、濕度是影響其水分保持的重要因素。工程實(shí)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(gòu)件體積與其表面積的比值）。試驗(yàn)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(gòu)件的收縮量越大。

3 防治地裂縫措施

針對(duì)地裂縫災(zāi)害對(duì)城市建筑的威脅，避免城市建筑受到破壞，城市建筑政府應(yīng)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(wèn)題，在1996年封停了四百多口自備井，同時(shí)開(kāi)始使用黑河水源供水，并明令禁止非法開(kāi)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(tái)了地方性規(guī)程《西安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)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(chǎng)地進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)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(dòng)可能產(chǎn)生的危害。”這充分說(shuō)明了城市建筑在防治地裂縫災(zāi)害的措施上主要采取避讓的原則，來(lái)使建筑物免遭其害。

在地裂縫影響區(qū)規(guī)劃建筑時(shí)，規(guī)程規(guī)定，非特殊建筑嚴(yán)禁跨縫布置，且建筑物長(zhǎng)邊宜平行于地裂縫布置，并在此基礎(chǔ)上規(guī)定了建筑物基礎(chǔ)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(yīng)符合要求。在地裂縫內(nèi)的建筑，應(yīng)增加結(jié)構(gòu)整體剛度和強(qiáng)度，體型應(yīng)簡(jiǎn)單，體型復(fù)雜時(shí)，各獨(dú)立體型單元長(zhǎng)高比不應(yīng)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(lái)增加適應(yīng)不均勻沉降的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞亞南，張巍，申永剛.大體積承臺(tái)混凝土早期表面開(kāi)裂控制措施[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2010，（8）.

[2] 張崗，賀拴海，宋一凡.混凝土箱梁水化熱溫度損傷修正耦合方法[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2008，（1）.

[3] 許樸，朱岳明，賁能慧.聚苯乙烯泡沫塑料板保溫能力的試驗(yàn)與反演分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，（1）.

[4] 朱伯芳，張國(guó)新，許平，呂振江.混凝土高壩施工期溫度與應(yīng)力控制決策支持系統(tǒng)[J].水利學(xué)報(bào)，2008，（1）.

[5] 梅明榮，楊勇，王山山，任青文.鋼纖維混凝土熱性能及其防裂作用的研究[J].水利學(xué)報(bào)，2007，（S1）.

[6] 楊慶生，李春江，弓俊青.大體積混凝土凝固過(guò)程的溫度和應(yīng)力仿真與控制[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（9）.

[7] 馬保國(guó)，溫小棟，潘偉，余曼麗，鄢佳佳，王明遠(yuǎn).蒸養(yǎng)溫度與水化熱協(xié)同下混凝土熱穩(wěn)定性研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2007，（2）.

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

（責(zé)任編輯：蔣建華）