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(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而影響砌塊墻體的性能。為了解決這一問(wèn)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(yīng)力和剪切應(yīng)力的計(jì)算公式。

【關(guān)鍵詞】空心磚砌塊；溫度作用；理論計(jì)算；設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU 318

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

1、引言

混凝土小型空心砌塊是一種可以替代實(shí)心磚砌塊的建筑材料，已被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域[1]?？招钠鰤K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(yīng)力和剪切應(yīng)力的計(jì)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(yīng)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(zhì)量以及施工不合格等。本文通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)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(nèi)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(mén)窗位置的裂紋。其中內(nèi)墻、外縱墻和門(mén)窗位置的裂紋為主要形式。

呈現(xiàn)階梯狀的內(nèi)墻裂紋是較為普遍的溫度導(dǎo)致的墻體裂紋，主要位于內(nèi)橫墻和內(nèi)縱墻位置，其中內(nèi)橫墻處的階梯型裂紋更為常見(jiàn)，這種裂紋起始于墻體頂部，向墻體兩側(cè)擴(kuò)展，如圖1所示。同時(shí)在南向房屋出現(xiàn)此類(lèi)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(cè)延伸，在所有采用小空心砌塊構(gòu)建的墻體上，位于窗口位置的四角處都存在此類(lèi)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(cè)向位移，墻體門(mén)窗開(kāi)口處的四周由于應(yīng)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(jì)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(guò)程分為5級(jí)，Δ/H≤1/1500時(shí)為1級(jí)，此時(shí)墻體完好，1/1500<Δ/H≤1/1000時(shí)為2級(jí)，墻體出現(xiàn)細(xì)小裂紋，1/1000<Δ/H≤1/800時(shí)為3級(jí)，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(jí)，墻體裂紋開(kāi)始變寬，Δ/H>1/300時(shí)為5級(jí)，此時(shí)墻體已經(jīng)呈現(xiàn)局部倒塌。應(yīng)將位移控制在≤1/2000的范圍內(nèi)。

當(dāng)前關(guān)于空心砌塊墻體在外界溫度影響下的受力計(jì)算尚無(wú)明確計(jì)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(jì)算公式。

對(duì)于空心砌塊墻體，需要綜合考慮縱橫墻空間和一年內(nèi)溫度變化的影響。設(shè)墻體頂層的頂端在ΔT1溫度范圍內(nèi)位移為ΔL1，屋面板在ΔT2溫度范圍內(nèi)位移為ΔL2，ΔT2>ΔT1，變形協(xié)變條件需要滿(mǎn)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(jì)算長(zhǎng)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(cè)剛度K=NK0。

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

式1中，彎、剪應(yīng)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(gòu)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(yīng)力系數(shù)用ξ表示；位于芯柱后和構(gòu)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(yīng)力P和剪切應(yīng)力τmax如式3所示：

式中端開(kāi)間墻體的長(zhǎng)度用B表示，厚度用t表示。

結(jié)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(nèi)橫墻裂紋（階梯形），外縱墻裂紋（正八字形）和門(mén)窗裂紋。在此基礎(chǔ)上提出了空心磚砌墻水平應(yīng)力、剪切應(yīng)力的計(jì)算公式，量化了溫度對(duì)空心砌塊的影響，為之后的研究提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]金偉良，徐銓彪，潘金龍等.不同構(gòu)造措施混凝土空心小型砌塊箱體的抗側(cè)力性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2001，22（6）：64-72.

作者簡(jiǎn)介：

李斌，湖南省第二工程有限公司，湖南長(zhǎng)沙。