墻體結構破壞機理分析研究

朱鵬宇

(淮陰工學院，江蘇 淮安 223001)

墻體結構破壞機理分析研究

朱鵬宇

(淮陰工學院，江蘇 淮安 223001)

在建筑工程中，墻體破壞是建筑物中常見的一種破壞形式之一。然而在框架結構中墻體破壞不受重視，只作為影響墻體外形美觀的一個方面，忽略了墻體填充的作用。本文通過建立建筑模型，分析框架結構中墻體破壞機理，提出減少墻體破壞的措施，美化墻體外形。

框架結構 墻體破壞 機理 措施

1. 言

我國在工程設計中一般是忽略填充墻的作用，而是把全部豎向荷載及橫向荷載都加在鋼筋混凝土框架上。這就必需采取必要的構造措施避免荷載向填充墻傳遞。但實際上，填充墻作為鋼筋混凝土框架結構的一個組成部分肯定參與了其受力過程并且發揮一定的作用。特別是當框架受水平力作用時，從結構角度看，填充墻能起到斜向支掌的作用，從而抵抗水平力。實際中，大量墻體破壞可以證明這一點。國內外專家對于框架結構加磚填充墻后的工作性能的試驗結果也表明磚填充墻能與框架結構共同作用，從而大大增加整個結構的剛度，提高其承載力。

本文以彈性方法為基礎，但在研究砌體填充墻時采用了填充墻發生塑性破壞的假定，通過研究框架結構填充墻破壞的機理意在為傳統的工程設計墻提供一定的參考，使理論更好的服務于實踐。這樣一來，在設計中可以適當考慮填充墻的作用，充分發揮填充墻的作用，以滿足設計和施工的需要。

2. 填充墻相互作用的力學模型

關于框架填充墻相互作用的力學模型有很多種。本文通過對框架填充墻相互作用過程中破壞形態與內力的觀察分析，闡述了框架支掌結構力學模型的作用機理(見圖1)。

圖1 框架支持結構力學模型

圖2 水平作用下砌體填充墻的變形

框架填充墻結構中的砌體在整個結構受力過程中發揮兩方面的作用：首先是其平面內的抗剪能力；其次是類似于框架中的斜壓桿。同時，框架水平荷載作用下，梁和柱發生雙曲率彎曲，各層柱的上部水平位移以及框架主對角支撐的縮短使柱與墻緊貼，而且，使墻在對角方向受壓，這實際上就類似于一個框架支撐結構。

3. 填充墻破壞的機理

框架填充墻結構中，由于施工、設計等很多因素的影響，灰縫往往是整個框架填充墻結構中最薄弱的部位。結構在外部水平剪力作用下，這些部位往往首先發生破壞。另外，由于砌體質量的不均勻性，往往會在填充墻與框架接觸面的砌塊或灰縫的某些點上容易形成應力集中，當應力超過砌塊或灰縫的應力強度時，砌體會首先在這些點上被破壞并造成裂縫向下延伸，依此發展下去，最終形成階梯形裂縫，這就是所謂的剪切破壞。剪切破壞往往是砌體破壞形式中最常見的一種破壞形式。采用平面應力薄膜單元對墻體進行大量的有限元分析可以得出上述應力的臨界值將在墻體的中心產生。這種臨界值可用下面的經驗公式表示：

式中：L為填充墻長度；h為填充墻的寬度；t為填充墻厚度；Q為框架作用于填充墻上的水平剪力（下同）。

通過試驗可以得出，若框架結構填充墻的整體質量與強度比較均勻，則只會發生另外兩種破壞形式，即斜壓破壞與斜拉破壞。當框架在水平力作用下變形時，砌體填充墻也將發生相應的變形(見圖2)。由圖2可以看出變形后在兩個對角線方向上填充墻變形最明顯：主對角線方向上受壓，次對角線方向上受拉。同時，與框架填充墻結構的力學模型也相符。只不過由于砌體填充墻的抗拉強度很小，一般不予以考慮。通過試驗研究表明：主對角線兩角點處的壓力最大，而墻體中央部位垂直于主應力跡線方向上的拉應力最大。實際的應力分布與很多因素有關：如柱子與填充墻的接觸長度，而這又和柱子的抗彎剛度，填充墻的支撐剛度有關。柱子剛度越大，接觸長度越長，交界面上的壓力越小。實際上砌體填充墻邊緣上應力沿應力分布方向上是逐漸減小的。當主對角線上墻角被壓碎時就發生所謂的斜壓破壞。如果假定填充墻角度被壓碎，砌體與柱子的接觸長度為a，砌體的抗壓強度為f，則相應地作用在填充墻上的水平剪力為

假定鋼筋混凝土框架的彈性模量比為3，則受壓破壞時鋼筋混凝土框架中填充墻的剪力為

由式(4)可知，砌體的抗壓強度和墻厚是影響填充墻強度的主要因素，而柱子的慣性距和墻高則是取其乘積的四次方根。

當墻角處的壓力小于或等于砌體的抗壓強度時，在垂直于墻體主對角線的拉應力作用下，墻體斜裂縫沿著與主對角線平行的一條或多條線路發展并慣穿墻體，此垂直拉應力與主應力跡線相垂直，在墻體中央區域附近擴散并向外發展，最終造成墻體受拉破壞，這就是所謂的斜拉破壞。當發生斜拉破壞時，斜向拉應力有以下的經驗公式。

由式(5)可知，發生斜拉破壞時，拉應力主要由填充墻的有關特性控制，而框架的剛度的影響不大， 從斜拉與斜壓破壞過程可以看出與邊緣處的應力分布吻合得比較好。

4. 填充墻體破壞預防措施

（1）蒸壓加氣砼砌塊的砌筑，必須嚴格遵守國家標準《砌體工程施工質量驗收規范》（GB 50203—2002）技術指標要求。

（2） 砌筑砂漿宜選用粘結性能良好的專用砂漿，其強度等級應不低于M5，砂漿應具有良好的保水性，可在砂漿中摻入無機或有機塑化劑。有條件的應使用專用的加氣砼砌筑砂漿或干粉砂漿。

（3）為消除主體結構和圍護墻體之間由于溫度變化產生的收縮裂縫，砌塊與墻柱相接處，必須留置拉結筋，一般豎向間距為500～600mm，壓埋2Φ6鋼筋，兩端伸入墻內不小于700mm，錨入砼柱內不小于250mm；另外，每砌筑1.5m高時應采用2Φ6通長鋼筋拉結，以防止收縮拉裂墻體。

（4）在跨度或高度較大的墻中設置構造柱、腰梁。一般當墻體長度超過5m，應在中間設置鋼筋砼構造柱；當墻體高度超過3m（≤120厚墻）或4m（≥180厚墻）時，應在墻高的中間處增設鋼筋砼腰梁。砌塊墻體的長度超過5m、高度超過2.5m的獨立墻體的端部，應設鋼筋砼構造柱；構造柱留馬牙槎應先退后進，進退尺寸以60mm為宜。

（5）嚴格控制好蒸壓加氣砼砌塊上墻砌筑時的含水率。按有關規范規程規定，蒸壓加氣砼砌塊施工時的含水率宜小于15%，對于粉煤灰蒸壓加氣砼制品宜小于20%。通常情況下在砌筑前24h澆水，澆水量應根據施工當時的季節和干濕溫度情況決定，由表面濕潤度控制。禁止直接使用飽含雨水或澆水過量的砌塊。

（6）每日砌筑高度控制在1.8m以內，春季施工每日砌筑高度控制在1.5m以內， 下雨天停止砌筑。砌筑至梁底約180～200mm左右處應靜停7～10d后待砌體沉降變形穩定后，再用實心輔助小砌塊斜砌擠緊頂牢。

（7）砌筑時灰縫要做到橫平豎直，上下層十字錯縫，轉角處應相互咬槎，砂漿要飽滿，水平灰縫不大于15mm，垂直灰縫不大于20mm，砂漿飽滿度要求在90%以上。垂直縫宜用內外臨時夾板灌縫，砌筑后應立即用原砂漿內外勾灰縫，以保證砂漿的飽滿度。

（8）墻體的施工縫處必須砌成斜槎，斜槎長度應不小于高度的2/3。

（9）墻體砌筑后，做好防雨遮蓋，避免雨水直接沖淋墻面；外墻向陽面的墻體，也要做好遮陽處理，避免高溫引起砂漿中水分揮發過快，必要時應適當用噴霧器噴水養護。

5 結束語

正確的墻體施工，可以防止填充墻的破壞，裂縫的產生。使墻體能成為框架結構的斜向支撐并約束框架結構的水平位移，從而大大改善框架結構的受力及變形性能。

[1]李明.框架結構填充墻防裂技術措施[J].山西建筑2013.06.

[2]吳威海.灰砂磚砌體裂縫試驗及仿真研究[D].武漢理工大學.2012.

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1007-6344（2015）12-0088-02