大柱距地梁结构上部墙体裂缝分析与预防

关 英

(山西钢铁建设(集团)有限公司,山西 太原 030003)



大柱距地梁结构上部墙体裂缝分析与预防

关 英

(山西钢铁建设(集团)有限公司,山西 太原 030003)

结合某厂房墙体裂缝的分布规律，复核审查了该厂房的设计方法与施工质量，并通过理论计算分析，对不同荷载布置形式进行了对比，指出了产生墙体裂缝的主要原因，论证了按国家规范进行建筑结构设计的严肃性和重要性。

墙梁，托梁，裂缝，挠度，弯矩

1 工程概况

某工程主厂房围护结构为独立柱基础，托梁承重，砖砌体封闭。基础埋深标高-9.5 m,±0.00相当于绝对标高801.3 m。采用天然地基，地基为第四纪全新世冲、洪积的粉土层。在良好的施工降水疏干条件下，允许承载力[R]=300 kPa,压缩模量Es=16.0 MPa，地下水标高-3.2 m，基础混凝土强度等级为C20，独立柱基础轴线间距6 m，在独立柱基础顶标高-0.80 m处布设基础墙梁，墙梁截面尺寸为250 mm×500 mm，长度44 500 mm,5 200 mm不等，以JL-1数量最多。

在墙梁上砌240 mm砖墙封闭厂房，每跨布设窗户C-1：1 800 mm×3 600 mm两樘，圈梁240 mm×300 mm三道，外墙水泥砂浆抹面。

立面形式见图1。

大墙施工完毕一段时间后，发现位于墙梁跨中的窗间墙上、下窗口处有水平裂缝两道①②，靠近散水表面处有竖向裂缝③，上窄、下宽。窗台一侧或两侧有一斜裂缝④，从现场实际观察看，主厂房从一区到十区均不同程度的存在上述裂缝。各柱间裂缝位置基本相同，裂缝分部极有规律性和普遍性。

2 设计复核

按GB 50003—2011砌体结构设计规范进行设计复核。选取轴120～121跨进行分析，基梁JL-1 C20混凝土，截面尺寸为250 mm×500 mm，受拉区钢筋4φ22，受压区钢筋2φ16。

依据《砌体结构设计规范》第七节7.3.3条规定：

1)JL-1的计算跨度L0=1.1×4 550=5 005≈5 000 mm；2)墙梁的计算高度H0=0.5hb+hw，其中，hb为托梁高度；hw为墙体计算高度。

取托梁顶面一层层高，当hw>L0时取hw=L0对应JL-1墙梁的计算高度H0=0.5hb+hw=5 250 mm，相当于墙体4.950 m标高以下部分。

《砌体结构设计规范》第7.3.2条规定：墙梁计算高度范围内每跨允许设置一个洞口，而本设计计算高度范围内设有两个洞口，即C-1：1 800 mm×3 600 mm两个；显然与规范要求不符，且窗洞口离支座过近，已不能形成深梁的受力状态[1]——即托梁上部荷载已无法主要通过墙体的拱作用向两边支座传递。

3 施工质量审查

基础梁为某混凝土加工厂生产，具有预制混凝土构件出厂合格证，混凝土强度合格，龄期超过28 d。

砖墙设计采用MU7.5砖,M5砂浆，从该工程技术保证资料查看：砖采用MU10，砂浆试块强度报告单提供的砂浆强度等级为M5.8～M7.7，现场查看施工质量亦良好。

4 托梁挠度验算

4.1 荷载计算

1)窗上部荷载q1。考虑上部荷载主要通过砖拱作用向两侧支座传递，因此按规范荷载取窗边距的1/3作为计算高度，按均布荷载计取。

2)窗间墙荷载q2。因轴线处墙体荷载对托梁影响很小，故略去不计，仅考虑窗间墙荷载q2。计算得q2=q砖+q抹面砂浆=17 kN/m。

3)窗下部砖墙自重及托梁自重荷载q3。q3=q砖+q梁+q抹面砂浆=8.7 kN/m。

4.2 内力计算

q1,q2产生的跨中弯矩Mmax q1q2=62.3 kN·m;q3产生的跨中弯矩Mmaxq3=27.2 kN·m;托梁跨中的最大弯矩：Mmax=Mmaxq1q2+Mmax q3=89.5 kN·m。

4.3 梁挠度验算

经计算得：受弯构件短期刚度Bs=3.424E13;托梁挠度f=6.2mm。

5 大墙裂缝原因分析

5.1 裂缝原因分析

1)由计算知托梁在上部荷载作用下产生弯曲变形，托梁下挠，由直线变为曲线。上部砌体随托梁下挠变形，在砌体下部产生拉应力以抵抗弯曲变形。当弯曲拉应力超过砌体的抗拉强度时，砌体即被拉裂，裂缝宽度和高度应与挠度成正比，且裂缝开展至中性轴附近，一般不会越过中性轴。实际表现应为托梁跨中处的裂缝最宽、最高，两侧依次减之，实际情况大墙该处裂缝③(如图1所示)与分析结论相吻合。2)由于跨中部位的窗间墙随托梁下挠，而端部支撑在基础上，故砌体内必然产生竖向拉应力抵抗砌体下沉变形，并以砌体被拉裂的形式表现出来，由于窗上部圈梁对上部荷载的支撑作用，所以①号水平缝几乎全部产生于窗上口圈梁下部，轴线基础处墙体不受托梁挠度影响，故很少有水平缝产生。②号水平裂缝与天车震动有关。3)C-1窗下部的砌体与跨中窗间墙传下来的荷载共同作用下，托梁产生弯曲变形，由于轴线处墙体对其端部转动的约束作用，在砌体中产生剪应力是④号裂缝产生的主要原因。

5.2 实际裂缝宽度与计算宽度差别较大的原因分析

计算的托梁挠度值为6.2mm，而实际窗口的墙体水平裂缝宽度在1.0mm左右。造成两者差别较大的主要原因有：1)托梁安装后，随着上部砌体的砌筑，荷载逐步增加，托梁逐渐下挠，砌体每天砌筑高度有限，期间砌体随托梁变形，随着砌体高度、砂浆强度的增长，砌体自身已消化了绝大部分的变形。2)当浇筑标高4.5m圈梁时，托梁计算荷载的大部分已加载，其引起的托梁挠度由于圈梁混凝土的浇筑而未显现。3)因施工工序的原因，抹面砂浆与砌体砌筑完毕有一定时间间隔，抹面砂浆将原墙体裂缝掩盖，由于托梁长期刚度比短期刚度小，混凝土受压徐变，又将抹面砂浆拉裂，故墙体表现出来的裂缝宽度远比计算的变形值小。

5.3 墙梁计算高度范围内三种布置形式对比分析

将原设计每跨两个窗洞口时的受力状态、内力图、挠度值与按规范每跨仅设置一个窗洞口(两个C-1合二为一)时的情况进行对比(见图2)，从图2中可以看出，由于设两个窗洞口时的跨中荷载是一个窗洞口时的6.4倍，从而造成跨中最大弯矩是其3.3倍，挠度值是其5.6倍。虽然设计托梁的挠度值远比规范允许值(L0/250)

19.2mm小，但由于跨中窗间墙对托梁下挠变形反应非常敏感，造成墙体裂缝。这也是规范规定只允许设一个洞口的主要原因。

6 大墙裂缝发展状况

根据混凝土应力徐变曲线，半年后受压混凝土可完成总徐变量的70%～80%，一年后趋于稳定[2]。根据该厂房封闭完成时间推算：托梁变形已完成绝大部分，同时因托梁受压区配有2φ16钢筋，可减少托梁在长期荷载作用下挠度的发展[3]。所以预计大墙裂缝已完成最终值的95%左右，处于基本稳定状态。根据经验及规范允许值，此裂缝对结构安全无大的影响，可不采取处理措施。

7 预防措施

1)设计人员应严格遵守设计规范进行墙梁的设计，当应工艺要求或其他原因不得不设置双洞口布置形式时，托梁应根据上面传来的全部荷载按受弯构件进行设计；2)考虑到该处墙体对变形的敏感性，应在设计托梁时提高其刚度，降低托梁挠度设计允许值；3)在托梁受压区增加受压区钢筋截面面积，提高其配筋率，以减小托梁在长期荷载作用下挠度的发展；4)增加钢筋混凝土窗带，预防窗台下侧斜裂缝的产生。

[1] 陆继贽.混合结构房屋[M].天津：天津大学出版社,1992:128.

[2] 张季超,隋莉莉.混凝土结构设计原理[M].北京：高等教育出版社,2016:31，33.

[3] 车宏亚.钢筋混凝土结构原理[M].天津：天津大学出版社,1990:224.

Analysisandpreventiononupperwallcracksoflargecolumngroundsillstructure

GuanYing

(ShanxiIron&SteelConstruction(Group)LimitedCompany,Taiyuan030003,China)

Combining with the distribution law of a plant wall cracks, this paper reviewed the design method and construction quality of the building, and through the theoretical calculation and analysis, compared the layout forms of different loads, pointed out the main causes of wall cracks, discussed the seriousness and importance of building structure design according to the national standards.

wall beam, joist, crack, deflection, bending moment

1009-6825(2017)08-0039-02

2017-01-05

关 英(1969- )，男，工程师

TU312.3

A