裝配式建筑用空心砌塊受外界溫度的影響研究

文/李斌 湖南省第二工程有限公司 湖南長沙 410015

1、引言

混凝土小型空心砌塊是一種可以替代實心磚砌塊的建筑材料，已被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域[1]。空心砌塊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)以及位于門窗位置的裂紋。其中內(nèi)墻、外縱墻和門窗位置的裂紋為主要形式。

圖1 位于內(nèi)橫墻位置的裂紋示意圖

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，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。同時在南向房屋出現(xiàn)此類裂紋的概率要大于北向房屋。

圖2 位于外縱墻位置的裂紋示意圖

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型的裂紋，如圖2所示。

圖3 位于門窗位置的裂紋示意圖

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，墻體門窗開口處的四周由于應(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，將破壞過程分為5級，Δ/H≤1/1500時為1級，此時墻體完好，1/1500＜Δ/H≤1/1000時為2級，墻體出現(xiàn)細(xì)小裂紋，1/1000＜Δ/H≤1/800時為3級，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，墻體裂紋開始變寬，Δ/H＞1/300時為5級，此時墻體已經(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算尚無明確計算公式，本文提出了外界溫度作用于空心砌塊墻體的水平力、剪切力的計算公式。

對于空心砌塊墻體，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；空心砌塊墻體的計算長度用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：

式中端開間墻體的長度用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)力的計算公式，量化了溫度對空心砌塊的影響，為之后的研究提供了參考。