某高層剪力墻裂縫分析

鞏 文 君

(悉地國(guó)際設(shè)計(jì)顧問(wèn)(深圳)有限公司，廣東 深圳 518048)

某高層剪力墻裂縫分析

鞏 文 君

(悉地國(guó)際設(shè)計(jì)顧問(wèn)(深圳)有限公司，廣東 深圳 518048)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，介紹了某醫(yī)院住院大樓裂縫的產(chǎn)生位置與長(zhǎng)度，并從沉降觀測(cè)記錄、混凝土配合比、施工養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，分析了該建筑裂縫的產(chǎn)生原因，為制定出適宜的治理方案提供了依據(jù)。

高層建筑，剪力墻，非結(jié)構(gòu)性裂縫，混凝土，配合比

1 工程概況

某醫(yī)院住院大樓，總建筑面積約47 762 m2，是一棟26層高層建筑，設(shè)有2層地下室，地上26層。地下室平面尺寸約為25.4 m×76.9 m，在5層及以上的標(biāo)準(zhǔn)層收進(jìn)為22.7 m×76.9 m，總建筑高度97.45 m。主要柱網(wǎng)尺寸為7.4 m×6.4 m，電梯井壁形成的2個(gè)核心筒位于平面兩端。地下室層高分別為5.65 m及3.9 m，首層層高4.8 m，2層～4層層高4.5 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6 m。地下2層是人防地下室。人防地下室為平戰(zhàn)結(jié)合地下室，設(shè)計(jì)抗力級(jí)別為甲類核6級(jí)，人員掩蔽部防化級(jí)別為甲級(jí)。地下1層是設(shè)備用房，各類機(jī)房。首層是綜合用途，設(shè)有辦公室，收費(fèi)掛號(hào)處，超市，咖啡廳等。2層～6層為供應(yīng)區(qū)，血液科，治療區(qū)，手術(shù)中心，藥房等用途。7層以上全部為住院病房(包括ICU病房)。

本工程結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則，豎向布置規(guī)則。最大結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為76.9 m，綜合考慮后，本工程不設(shè)變形縫，采取其他技術(shù)措施解決結(jié)構(gòu)稍長(zhǎng)的問(wèn)題。

結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，框架及剪力墻的抗震等級(jí)均為一級(jí)。

基礎(chǔ)采用帶柱墩筏形基礎(chǔ)。

該建筑物施工從2009年春節(jié)開(kāi)始，至2009年7月份已經(jīng)施工到第6層。發(fā)現(xiàn)在東部和西部的兩條剪力墻墻上有裂縫產(chǎn)生。裂縫的位置在每片墻的中部，均為垂直縫，每片墻只有一條，長(zhǎng)度3 m左右，裂縫寬度初步觀測(cè)為0.2 mm～0.8 mm。立刻讓施工單位每天進(jìn)行觀測(cè)，并在縫內(nèi)填入白石膏，以觀測(cè)裂縫是否會(huì)繼續(xù)發(fā)展。同時(shí)采集各種資料，如沉降觀測(cè)記錄，施工組織，混凝土配合比，詢問(wèn)施工時(shí)模板使用和混凝土的養(yǎng)護(hù)情況，以分析裂縫產(chǎn)生的原因。 從現(xiàn)場(chǎng)得到的資料進(jìn)行分析：

1)照片。

共拍了9張高清晰相片，相片資料顯示：裂縫集中出現(xiàn)在3條長(zhǎng)度8 m左右的墻上，全部為墻板中部的豎向裂縫，寬度0.2 mm～0.8 mm。部分為貫穿縫。

裂縫位置為：

3～4/C軸(300厚) 1F/2F /5F/6F(無(wú)貫通)

10～11/C軸(400厚)-2F /5F/6F(無(wú)貫通)

B～C/11軸(400厚) 1F/2F/3F/4F/5F(貫通)

2)沉降觀測(cè)記錄。

施工6層時(shí)，累計(jì)沉降量為2.98 mm～3.21 mm，每施工1層平均沉降量0.85 mm～0.55 mm。

討論： 沉降量較小，遠(yuǎn)小于規(guī)范允許數(shù)值。沉降速度均勻。結(jié)構(gòu)僅施工到6層，荷載未全加滿，總體沉降量很小。

結(jié)論：可以排除由于不均勻沉降產(chǎn)生裂縫的情況，裂縫定性為非結(jié)構(gòu)性裂縫。

對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性無(wú)影響。裂縫還應(yīng)繼續(xù)觀察至封頂時(shí)，如已經(jīng)穩(wěn)定，再進(jìn)行封閉處理。

3)混凝土配合比資料顯示。

水泥采用425號(hào)水泥，用量440 kg，粉煤灰用量120 kg，水用量165 kg，干砂用量645 kg，碎石用量1 013 kg，高效減水劑6.72 kg。混凝土坍落度180 mm，試件28 d強(qiáng)度72.3 MPa。水膠比為0.29。

討論：從各種材料的質(zhì)量證明看，材料性能合格。從提供的混凝土性能報(bào)告看，混凝土強(qiáng)度是合格的。而且據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反映，已經(jīng)采用了當(dāng)?shù)刈詈玫?25水泥。但根據(jù)常用C60的地區(qū)的資料，通常配制C60混凝土應(yīng)采用525以上的水泥標(biāo)號(hào)，這樣水泥用量較少，水化熱低。本例采用425號(hào)水泥，標(biāo)號(hào)稍低，水泥用量稍高些。所以水化熱高一些，易產(chǎn)生溫度裂縫。

推論：由于C60混凝土水化熱大，產(chǎn)生溫度裂縫。現(xiàn)在商品混凝土應(yīng)用十分廣泛，由于長(zhǎng)途運(yùn)輸和泵送的要求，坍落度大，流動(dòng)性好。水分蒸發(fā)快時(shí)，收縮量大，容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。塑性收縮是混凝土在初凝前的塑性階段失水形成的。一種情況是新澆筑的混凝土表面泌水，在室外會(huì)很快地蒸發(fā)；另一種情況是由于新拌混凝土顆粒之間的空間充滿了水，澆筑后的混凝土表面受風(fēng)吹、日曬，外部的高溫度和低濕度等因素的影響，隨著混凝土表面水分的蒸發(fā)，內(nèi)部水分逐漸向外部遷移，造成混凝土在塑性階段的體積收縮。塑性收縮一般可達(dá)新澆混凝土體積的1%左右，大流動(dòng)性混凝土有時(shí)可達(dá)2%。在澆筑大面積平板(如樓層板、基礎(chǔ)底板、頂板等)時(shí)，由于風(fēng)吹日曬，內(nèi)部水分遷移速度小于上表面水分蒸發(fā)的速度，混凝土表面的收縮應(yīng)力遠(yuǎn)大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生大量不規(guī)則微細(xì)裂縫。如不及時(shí)抹壓和覆蓋，此類裂縫會(huì)迅速向內(nèi)部延伸，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成貫通裂縫。混凝土硬化后，側(cè)部的游離水會(huì)由表及里逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土由表及里逐漸產(chǎn)生干燥收縮裂縫。在約束條件下，收縮變形導(dǎo)致的收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)出現(xiàn)由表及里的干燥收縮裂縫。混凝土的干燥收縮是從施工階段撤除養(yǎng)護(hù)時(shí)開(kāi)始的，早期的收縮裂縫比較細(xì)微，往往不為人們所注意。隨著時(shí)間的推移，混凝土的蒸發(fā)量和干燥收縮量逐漸增大，裂縫也逐漸明顯起來(lái)。估計(jì)本工程裂縫應(yīng)是在拆模時(shí)即已經(jīng)出現(xiàn)微小的裂縫，2個(gè)月后匯報(bào)發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)裂縫。 應(yīng)對(duì)措施：如果條件允許，可改進(jìn)配方，采用高標(biāo)號(hào)以及低熱水泥，適當(dāng)減少水泥用量。

下一層墻柱將采用C55混凝土，建議調(diào)整配方，適當(dāng)改進(jìn)。

4)從施工方描述的施工方法顯示。

拆模時(shí)間3 d左右，施工速度較快， 每天澆水養(yǎng)護(hù)3次～4次。有些縫是開(kāi)模就出現(xiàn)的。本工程是當(dāng)?shù)氐谝粋€(gè)采用C60的混凝土材料，施工單位之前也從未有C60的施工經(jīng)驗(yàn)。加上由于模板周轉(zhuǎn)的問(wèn)題，拆模時(shí)間較快。養(yǎng)護(hù)方面也沒(méi)有什么特殊的措施，沒(méi)有覆蓋薄膜或草簾保濕，也沒(méi)有增加澆水次數(shù)。

討論：施工高強(qiáng)混凝土需要較嚴(yán)格的技術(shù)和精心的養(yǎng)護(hù)。加上本工程墻較長(zhǎng)，施工難度較大，同時(shí)結(jié)構(gòu)地點(diǎn)處于北方，近期氣候干燥，養(yǎng)護(hù)水分稍有不足時(shí)，混凝土收縮容易產(chǎn)生裂縫。另外，高強(qiáng)混凝土較脆，如果模板沒(méi)有同時(shí)拆除，也易出現(xiàn)表面裂縫。

推論：由于近期氣候特殊同時(shí)養(yǎng)護(hù)措施未進(jìn)行對(duì)應(yīng)加強(qiáng)，引起裂縫。

應(yīng)對(duì)措施：針對(duì)3～4/C軸和10～11/C軸這兩條墻，從混凝土入模時(shí)即開(kāi)始養(yǎng)護(hù)，采取噴霧，澆水，覆蓋草簾等措施。建議工地拆模時(shí)間為6 d以上，墻兩側(cè)模板要同時(shí)拆除。然后繼續(xù)蓋草簾養(yǎng)護(hù)7 d。增加澆水次數(shù)，每天必須澆水到能夠時(shí)刻保持濕潤(rùn)。采取措施使混凝土內(nèi)外溫差小于15 ℃。

2 設(shè)計(jì)方面的思考

討論：一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于較長(zhǎng)的墻，適當(dāng)提高配筋率可以有控制裂縫的作用，開(kāi)洞也有助于釋放溫度應(yīng)力，減少裂縫出現(xiàn)的機(jī)會(huì)。本設(shè)計(jì)根據(jù)平面布局需求在6層以上的剪力墻已經(jīng)開(kāi)洞，對(duì)后期避免裂縫產(chǎn)生具有有利因素。

通常，設(shè)計(jì)時(shí)采用的設(shè)計(jì)模型有不少假設(shè)，與實(shí)際情況下結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)可能有或多或少的不同。尤其對(duì)于框架剪力墻結(jié)構(gòu)，一片剪力墻嵌在兩個(gè)大柱子間，上下均有連梁，故這個(gè)剪力墻四邊都有約束。在混凝土成型時(shí)，混凝土的變形受到約束，產(chǎn)生了拉應(yīng)力，故在墻板中部產(chǎn)生裂縫。

結(jié)論：剪力墻配筋已經(jīng)可以滿足規(guī)范要求。建議加強(qiáng)施工措施，并改進(jìn)混凝土配方，觀察效果。剪力墻比較長(zhǎng)，但之前深圳很多工程也做過(guò)長(zhǎng)度達(dá)10 m以上，厚度達(dá)800以上的C60的剪力墻，并未出現(xiàn)裂縫，所以墻的長(zhǎng)度并非產(chǎn)生裂縫的主要原因。如此可見(jiàn)施工質(zhì)量的重要性。故對(duì)施工單位需要再三強(qiáng)調(diào)施工合理方法及正確養(yǎng)護(hù)。

另外，在對(duì)施工時(shí)應(yīng)力可能增加的位置進(jìn)行配筋的加強(qiáng)，配筋可采用直徑較細(xì)，而排列較密的配筋方式。即配筋應(yīng)盡可能采用小直徑，小間距設(shè)計(jì)。提高混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼率或減小鋼筋直徑都可提高材料的抗裂性能，但減小鋼筋直徑、加密間距要比提高含鋼率效果明顯一些。采用直徑8 mm～14 mm的鋼筋和100 mm～150 mm間距是比較合理的，結(jié)構(gòu)全截面的配筋率不宜小于0.3%，應(yīng)在0.3%～0.5%之間。受力筋如能滿足變形的構(gòu)造要求則不再增加溫度筋；構(gòu)造筋不能起到抗約束作用，應(yīng)適當(dāng)增加溫度筋。

3 結(jié)語(yǔ)

1)目前產(chǎn)生的剪力墻裂縫定性為非結(jié)構(gòu)性裂縫，不屬于不均勻沉降引起的裂縫，總體上不影響結(jié)構(gòu)的總體安全性。

2)裂縫產(chǎn)生既與近期天氣有關(guān)，也與商品混凝土的配合比及施工養(yǎng)護(hù)措施有關(guān)，原因是多方面的。

設(shè)計(jì)方建議在可行的前提下優(yōu)化混凝土配合比同時(shí)加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)措施，目前產(chǎn)生的裂縫應(yīng)繼續(xù)觀察至封頂時(shí)，在已經(jīng)穩(wěn)定的前提下，再進(jìn)行封閉處理，同時(shí)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)做好總體沉降觀測(cè)。

Analysis on a high-rise shear wall cracks

Gong Wenjun

(CCDIDesignConsultant(Shenzhen)LimitedCompany,Shenzhen518048,China)

Through the field investigation, this paper introduced the production position and length of clinic building cracks in a hospital, and from the settlement observation record, concrete mix proportion, construction maintenance and other aspects, analyzed the reasons of building cracks, provided basis for development of suitable treatment plan.

high-rise building, shear wall, non structural crack, concrete, mix proportion

1009-6825(2017)05-0058-02

2016-12-09

鞏文君(1970- ),女，工程師

TU398.2

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