剪力墙竖直裂缝分析

剪力墙竖直裂缝分析剪力墙竖直裂缝分析一、工程概况13#楼地下室长62.75m，宽51m,层高3.95m。地下室柱间距为3.9m至6.3m，地下室外剪力墙厚300mm。结构采用的是连续剪力墙，采用C40P6的商品砼。施工工艺上采用剪力墙、底板和顶板分开浇筑，地下室外剪力墙砼浇筑量约200m3，混凝土于2010年11月二、地下室外剪力墙裂缝的特征和性质外模于11月开始拆模，于第三天切割止水螺栓头的木工发现裂缝，我们就出现的裂缝的部位、长度、宽度、裂缝的形式进行观察，通过观察：裂缝由上而下，走向与底板成垂直状态，裂缝到顶板暗梁底至，到底板暗梁顶至，裂缝宽度在0.2mm左右，分布比较有规律，三条均分布在柱边0.3~0.5m的位置，且是在4.8m与6.3m跨间的柱边，而裂缝在较大跨一边。分析：综合目前对裂缝的研究现状，钢筋混凝土剪力墙的裂缝一般可分为表面不规则裂缝、贯穿性裂缝。表面不规则裂缝一般出现在混凝土浇注后不久，分布于墙体表面，此种裂缝既宽又密，但深度一般不大，多因养护不足而产生，对结构构件影响一般不大，且易于治理。竖向贯穿性裂缝一般发生在混凝土浇注后若干天后（一般拆模后不久），由下而上，走向与楼面接近垂直，有的通至楼面板底但不穿过楼层，缝宽一般为0.1～0.3mm，个别可达0.4～0.5mm甚至更深，缝深一般较大，最深者可贯穿墙体。由此分析可知13#楼裂缝属于竖向贯穿性裂缝。三、裂缝产生的原因分析一般情况下，工程中构件裂缝产生的主要原因可分为两大类：一是动、静荷载和其他各种外荷载引起的裂缝；二是由混凝土内外温差、收缩或地基不均匀沉降等变形荷载引起的裂缝。此外，设计体型和结构布置也是产生裂缝的一个重要原因。分析：根据力学原理来说，产生裂缝的原因不同，所产生裂缝的分布、裂缝的形状也不同。若由主应力与次应力的原因产生的裂缝大多与构件的长边方向是呈45°分布，也就是工程、力学上常提起的45°斜裂缝。通过我们拆除外模后所观察到的，还没有施加外荷载时，已经产生了早期裂缝，且裂缝几乎垂直于底板，分布比较有规律，大多分布在柱边的位置，这与大多数相似工程的地下室剪力墙产生的裂缝分布及形状一致。因此，不难分析，该剪力墙裂缝的成因不是由应力产生的，而是由变形变化引起的。综上分析13#楼裂缝成因最有可能是：砼收缩裂缝；强约束裂缝，建筑体形引起裂缝；表层素混凝土厚度的影响的裂缝。1、砼收缩的三种情况1.1、干缩。砼在制备过程中，水泥和掺合料与水拌合后体积膨胀，但在入模成型后，随着砼水化作用的发生，砼中的部分水份被吸收部分水份被蒸发，体积有一定的缩小。干缩量与水泥用量、水灰比的大小有关。水泥用量多、水灰比小的砼其收缩亦大。同时砼收缩量与气候有关，夏季气温高，气候干燥，砼中水份蒸发快，收缩也快。砼体积收缩，使砼产生内应力，当收缩快和收缩大时砼就会产生裂缝，干缩裂缝一般都是表面的，不规则和不连续的。干缩裂缝在施工中发生，也能在施工中处理好。外界温度的变化产生砼收缩。1.2、砼内部温度变化产生收缩裂缝。根据实际测定，砼从搅拌机出斗就有水化热产生，温度由低到高，到砼成型以后第3-4天，水化热到达高峰，其温度较自然温度升高30-40℃，以后逐步下降，半个月以后接近自然界温度。与地下室墙连体的部分框架柱，断面边长都大于1m，属大体积砼，水化热高，表面暴露在空气中，散热快，内部砼热量散发不出来，内外温差大，若采取措施不当，表面砼就会产生裂缝。对于框架柱与外墙连体的节间来讲，大体积砼的框架柱可视为一个较大的热源体，而与之连体的墙体薄，且与外界空气接触面较大，散热快。当框架柱砼内大量发热膨胀时，墙体已开始降温收缩，由于连结在一起的两个构件之间产生温差，变形不同步协调，在柱子附近和墙中间出现裂缝是符合规律的。由此可知商品砼中水泥品种、水泥用量、骨料粗细及外加剂是导致裂缝的主要原因之一。当然由于剪力墙养护不足，墙体表面积大水分散失快，体积收缩大，而内部湿度变化相对较小，体积收缩较小，表面收缩变形受到内部混凝土的约束而产生拉应力，引起混凝土表面开裂。墙体模板的拆除时间过早，混凝土表面温度急剧变化，产生较大的降温收缩，表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力（内部混凝土温度变化相对较小，受自约束而产生压应力），而混凝土早期抗拉强度和弹性模量较低，因而出现墙体表面较浅范围内的裂缝。2、强约束引起裂缝约束是对结构构件活动和变形的制约，约束分为内部约束和外部约束。①地下室属连续超静定结构，它的内部约束主要有：砼墙内配筋对砼收缩变形的约束；墙体内收缩变形小的部分对收缩变形大的部分的约束；墙体内暗柱、暗梁对墙板收缩变形的约束；长度大的砼墙，墙端与墙中收缩变形的相互约束。②外部约束主要是超静定结构的多余联系，如墙体以下的基础和底板，墙体顶上的楼板或梁，墙体两端的附墙柱或电梯井筒等。当墙体砼收缩变形产生内应力，若外约束很强，产生的内应力不能造成约束变形时，则墙体砼出现开裂，尤其是早期砼容易开裂，因为砼早期抗拉强度较低。墙体的最大外约束应力一般都产生在外约束的边缘，即墙体与柱、筒体、基础、底板、梁等交接处。但实际裂缝并非在墙与约束体的交接处，而是离开0.3～0.5m，其理由是裂缝由约束产生，反过来约束又能推迟裂缝的出现和限制裂缝的扩展，这就是人们常说的“模箍作用”。3、建筑物的形体及结构构件断面对墙体裂缝的影响。①墙、柱连体的影响。地下室墙与部分框架柱连体，框架柱断面大，墙板厚度小，柱墙连接断面变化大，不利于防止墙体裂缝，其原因除了柱墙砼水化热产生温差收缩变化和大柱子给墙板增加约束造成墙体裂缝以外。②建筑物平面形状的影响。经观察，凡矩形、方形、梯形等直线段比较的平面形状，墙体产生裂缝的较多，而曲线、弧线和折线较多的建筑物墙体裂缝却极少。因为直线是两点的最短距离，直线墙收缩变形的内约束较大，直线方向无伸展的余地。而曲线、弧线、折线有一定的伸展余地，内约束力比直线墙小。③建筑物体形的影响。因为追求建筑艺术造型的美观，现代建筑造型越来越复杂，竖向高低错落，横向凸出凹进，大大增加了结构设计的难度，亦增加了结构出现裂缝的机会。有些是使用功能的要求，如高层建筑大都在负一层楼设车库，车道外墙与大楼地下室外墙相交处如若处理不好，亦较容易产生裂缝。为了达到在有限的土地上建较大面积的建筑物，因此常常在一个裙房或一个地下室上建两幢高层塔楼，因为荷重不同，地基和基础压缩的差异，在两幢塔楼与裙房连联结处的墙板和梁上都较容易产生裂缝。由2、3点的分析就不难得出13#楼外剪力墙裂缝部位、形式。4、表层素混凝土厚度的影响施工中，由于构造方面的原因，混凝土表层厚度偏大，加上温州的混凝土粗骨料的质量不是很可观（细砂及含泥量），导致混凝土开裂，原因常见有以下几种。(1)规范要求防水混凝土迎水面保护层为5cm，如此厚的紊混凝土很难不开裂。(2)墙内竖向钢筋需穿进地梁内和梁顶暗梁内，水平钢筋需穿暗柱竖筋，由此会造成整片墙的钢筋网片内缩，墙外侧紊混凝土厚度偏大，也会造成裂缝。综合以上所述，产生墙体裂缝的原因很多，但砼内部水化热的变化所引起的墙体伸缩变形是产生裂缝的主要原因。墙体砼降温出现温差及砼收缩当量温差产生内应力，当水平拉应力σx(y)超过砼抗拉强度时便会引起竖向裂缝。砼初期抗拉强度很低，因此这种现象会经常发生。事实上，在竖直方向也有应力σz的作用，但因墙体高度不大，温度变形极小，且上部无约束作用，又配有竖钢筋抗拉，故不会出现水平裂缝。由于墙体两端与框架柱连接，框架柱是一个较强的约束体，当水化热降温墙体收缩时，约束了墙体沿水平方向的收缩变形，致使墙柱连结处及墙中出现裂缝。四、裂缝的预防和治理措施（1）调整混凝土各组分。如采用高标号水泥，减小水泥用量；尽量使用低水化热的水泥；严格控制外加剂的品种及用量；砂宜采用中砂，保证石子级配良好，并严格控制砂石含泥量。（2）拆模及养护。适当延长剪力墙混凝土的拆模时间，并且拆模时不要马上移走模板，而是先让模板拆开一条缝隙作浇水养护用，从而改善混凝土的养护环境以达到控制墙体裂缝的目的。特别是预拌混凝土早期水化快，水化热发展快，拌合物保水性强，泌水小，为此，施工过程中应特别注意加强养护环节的管理及防护措施的应用。施工中当混凝土密实后，应尽可能早地覆盖养护，及时喷水，适当延长养护时间，这样，既可以减少内外部温差，又可以保证早期湿养护和后期养护的最佳效果。（3）混凝土中掺加膨胀剂。微膨胀剂由于在一定程度上补偿了收缩应力，能有效减少混凝土收缩裂缝。（4）剪力墙上增开结构小洞。这可能是最有效的方法，通过开洞把长墙变成短墙，减少混凝土收缩变形的约束，使混凝土收缩应力得到释放，从而达到控制墙体裂缝的目的，但必需重新对结构进行计算，确保结构的安全及正常的使用功能。（5）留置后浇带。即先浇注后浇带两侧混凝土，约两个月后当混凝土收缩变形趋于稳定时，再浇筑留缝部位，从而避免因收缩应力而出现裂缝。（6）在剪力墙中部设置暗梁（或设置顶部暗圈梁）。这样贯穿性裂缝只能裂到梁底，而不至裂到楼面板底，可有效减小有害裂缝的长度。（7）调整水平钢筋配筋方案。将剪力墙水平钢筋置于竖向钢筋外侧，有效减小了混凝土保护层厚度，增强了剪力墙表层混凝土的抗裂性。（8）增加抗收缩钢筋。遵循配筋细而密可抵抗收缩应力的原则，适当增加水平钢筋的配筋率、减小钢筋直径而缩小配筋间距。另外在对剪力墙造成约束的结构构件与其连接处增设钢筋对裂缝亦能起到一定的抑制作用。（9）裂缝补强治理措施。当裂缝不能自我愈合，且长期存在会给结构构件带来耐久性、安全性和建筑使用功能等方面的影响而必须给予治理时，可待裂缝发展稳定后，针对不同大小的裂缝采取相应的有关治理措施。a、沿剪力墙两侧裂缝分别切出15-20mm深的V形槽，槽中灌入环氧树脂嵌平补强。b、在裂缝处增加两层粘裹聚氨脂的玻璃纤维网，每边宽300mm，然后，再做防水。