框架剪力墙结构楼板裂缝

PAGE6PAGE5框架剪力墙结构楼板裂缝分析【摘要】本文针对框架剪力墙结构楼板产生的裂缝，考虑相关荷载作用，采用有限元方法进行分析，得出裂缝成因，并为今后防止和减少类似裂缝的产生和发展从设计方面的结构构件布局、配筋形式等方面提供理论借鉴。【关键词】框架剪力墙结构裂缝温度荷载结构布局配筋形式有限元【Abstract】Thepaperaimsatthecrackofframe-shearwallstructurefloor.Iteducesthecauseofthefloorcrackbyfiniteelementanalysisconsideringcorrelationloads.andusesforreferenceforavoidingandreducingthesimilarcrackproducinganddevelopingbyconsideringstructurelayou、reinforcingsteelbarformindesign.【Keywords】frame-shearwallstructurecracktemperatureloadstructurelayoutreinforcingsteelbarformfiniteelement引言近几年来，在进行结构鉴定工作中接触了不少不同结构形式的建筑物产生的各种各样的裂缝，有的是结构裂缝，将影响结构的安全性，有的是非结构裂缝，虽然不直接影响结构安全，但影响使用性与耐久性，更多的情况是影响业主的使用心理，因而如果我们能正真分析这些裂缝产生的原因，并从拟建建筑开始，从设计方面包括结构布局、构件位置、配筋方式等方面就开始注重结构裂缝有可能产生的部位并针对其从设计方案开始做相应的调整，以及施工中注意严格按照技术要求把关，将使这些建筑物的裂缝的产生以及发展大大减少。本文仅讨论了框架剪力墙结构中楼板较为严重的裂缝形式，并将在以后的文章中陆续讨论其它结构形式的建筑裂缝。实例分析（一）工程概况某工程综合实验楼，结构形式为钢筋混凝土框架－剪力墙，其中地下部分一层，地上部分为12层。该建筑于1988年完成设计，约上世纪90年代初期建造完毕。建筑平面近似呈“Z”形，总长75.6米，总宽37米，总高45.6米，建筑面积约为17300平方米。结构平面简图见下图标准层裂缝分布示意图，其中在纵轴L和M之间设置净距为100mm的变形缝缝将该建筑分为两部分。该综合实验楼基础采用天然基础，地基承载力为150kPa。该建筑结构安全等级为二级，其重要性系数γ=1.0，该建筑位于地震烈度区划图的8度区，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。该建筑一直正常使用至今，现在业主进行重新装修时，发现几乎每层东西侧楼板上部都有明显的近45º斜裂缝（地板装修为木地板加地毯，使用期间无法发现），个别细微裂缝延伸至钢筋混凝土剪力墙上。（二）现场调查现场调查，该建筑近似呈“Z”形，但总体东西向较长，南北向较短，为钢筋混凝土框架－剪力墙结构，结构构件布置见下图标准层裂缝分布示意图，从图中可以看出，该结构图一框架分布在中间部位，剪力墙则位于“Z”形结构两南北段的东西两侧端部。中间设置变形缝。该建筑地下一层为箱形基础形成的地下室，层高4米；地上部分共12层，最大柱网为7.2米×7.2米，框架柱截面尺寸多数为600mm×600mm、框架梁截面尺寸多数为300mm×700mm，剪力墙厚度四层及以下为300mm、四层以上为250mm。钢筋混凝土强度等级三层及以下为C30、三层以上为C25。填充墙分别为砖和加气混凝土砌块两种形式，并均有拉结筋与框架柱连接。经现场观察，裂缝主要出现在以下部位（详见上图标准层裂缝分布示意图）：2～3轴的E～H之间与J～K之间西端的楼板面，裂缝形式为西北角与西南角沿大约45º斜线形式，缝宽最大达到2mm，范围约占半个柱距，从一层至十二层基本均有，个别楼板裂缝延伸至钢筋混凝土剪力墙，但墙上裂缝较细微，缝宽最大约0.3mm；6～8轴的E～H之间东端的楼板面，裂缝形式为东南角沿大约45º斜线形式，缝宽与范围与上述1基本相同；8～1/10轴的J～K之间西端的楼板面，裂缝形式为东南角沿大约45º斜线形式，缝宽与范围与上述1基本相同；17～20轴的E～H之间与J～K之间西端的楼板面，裂缝形式为东北角与东南角沿大约45º斜线形式，缝宽与范围与上述1基本相同；另外在一些层的5～6轴、13～15轴、15～17轴之间的楼板面有南北走向的裂缝，裂宽最大达到2mm。综合上述裂缝，有如下特点：较严重的裂缝均分布在建筑物西北、西南和东北、东南约沿45º方向的钢筋混凝土楼板面，而此处正是结构大片剪力墙所在部位，裂宽最大达2mm，并且有少数裂缝延伸至剪力墙，但剪力墙裂宽较小，在0.3mm以下；其余裂缝分布基本均在东西两端沿南北走向的板面。（三）裂缝产生原因分析根据现场调查结果，得知较严重裂缝均分布在建筑物的各段东西外围角部约沿45º方向的板面。下面分别从结构布置与楼板承载力有限元分析方面对裂缝产生的原因进行分析。从结构竣工图可以看出，该框架－剪力墙结构的框架位于结构中部，大片剪力墙分别在建筑物外围的各个角部，也正是现场调查得知的裂缝较严重的部位。对于框架－剪力墙结构，也正是由于大片剪力墙分布于建筑的外围，温度荷载不容忽视。下面采用计算程序SAP2000取标准层建模对楼板进行包括温度荷载作用下的静力有限元分析。主要考虑的荷载为：自重恒载（3.5kN/m²）、活荷5.0kN/m²）、温度荷载：考虑50摄氏度的温度变化（北方地区）等。楼板内力分析结果见图二为温度荷载作用下楼板面的应力,由图中可以看出，考虑温度荷载变化后楼板面的应力分布，在该建筑物角部板面混凝土沿45度方向拉应力较大，因而，在多数层的角部会出现45度斜裂缝；另外由图二看图二温度荷载作用下板面应力图（一）出，与中间板面的东西向拉应力也较大，因而该处板面会有南北走向通长的裂缝。现在多数结构设计人员在进行类似常规结构设计时不考虑温度荷载的作用，但从以上实例分析类似大片剪力墙分布在建筑外围时温度荷载不容忽视。其实从以上分析中可知，如果该结构对设计布局加以调整，把大片剪力墙设置在建筑的中间部位，这些温度裂缝将明显减少（左图三即把剪力墙调整到建筑中部位置得出的温度荷载下的板面应力图，图中可看出板面应力分布比较均匀，无太大拉应力区域）；另外，如果即使结构布局不变，在设计楼板配筋时，在这些楼板角部的板面适当设置角筋、其它图三温度荷载作用下板面应力图（二）板面设置负筋，以承担温度荷载在板面产生的拉应力，也能有效地防止和减少温度变化产生的裂缝。三结论以上分析得知，框架－剪力墙结构在进行结构初步设计时应考虑到大片剪力墙的位置，尽量不要分布在建筑外围，以减少温度裂缝，如果有特殊原因必须放置在外围，应在楼板以及与其相连的剪力墙中适当增加配筋，以抵御温度荷载引起的裂缝。其实即使是砖混结构、纯剪力墙结构等也应该考虑温度荷载的影响，防止和减少类似裂缝的产生和发展，防患于未然，减少不必要的纠纷和人力、财力的浪费。参考文献[1]李惠强，建筑结构诊断鉴定与加固修复，华中科技大学