装配式建筑用空心砌块受外界温度的影响研究

文/李斌 湖南省第二工程有限公司 湖南长沙 410015

1、引言

混凝土小型空心砌块是一种可以替代实心砖砌块的建筑材料，已被广泛应用于建筑领域[1]。空心砌块受外界温度的影响较为显著，本文首先分析了由温度变化引起的空心砌块墙体裂纹的主要形式，并提出了外界温度影响下空心砖砌块墙体水平应力和剪切应力的计算公式。

2、由外界温度引起的空心砌块墙体的裂纹

空心砌块墙体产生裂纹的原因有很多，例如外界温度变化引起的应力，地基不规则沉降，空心切块干燥收缩，外部载荷积累破坏，砌块质量以及施工不合格等。本文通过调查发现，导致空心砌块墙体产生裂纹的主要是由外界温度差异引起的。

外界温度差异引起空心砌块墙体产生裂纹的形式如要有位于内墙的裂纹(呈现阶梯状)，位于外纵墙位置的裂纹(呈正八字形)，位于墙顶的裂纹(主要在顶端)以及位于门窗位置的裂纹。其中内墙、外纵墙和门窗位置的裂纹为主要形式。

图1 位于内横墙位置的裂纹示意图

呈现阶梯状的内墙裂纹是较为普遍的温度导致的墙体裂纹，主要位于内横墙和内纵墙位置，其中内横墙处的阶梯型裂纹更为常见，这种裂纹起始于墙体顶部，向墙体两侧扩展，如图1所示。同时在南向房屋出现此类裂纹的概率要大于北向房屋。

图2 位于外纵墙位置的裂纹示意图

外纵墙位置的裂纹主要出现在小空心砌块墙体中，形状为正八字形，出现在墙体顶端，向两侧延伸，在所有采用小空心砌块构建的墙体上，位于窗口位置的四角处都存在此类型的裂纹，如图2所示。

图3 位于门窗位置的裂纹示意图

采用装配式建筑用空心砌块的墙体中，受外界温度变化的影响，墙体产生侧向位移，墙体门窗开口处的四周由于应力较为集中，因而容易产生裂纹，裂纹形式如图3所示。

3、外界温度影响下空心砌块墙体受力计算

空心砖砌墙受外界温度影响产生破坏，水平方向和竖直方向载荷共同作用于墙体，以位移Δ/H为衡量条件，将破坏过程分为5级，Δ/H≤1/1500时为1级，此时墙体完好，1/1500＜Δ/H≤1/1000时为2级，墙体出现细小裂纹，1/1000＜Δ/H≤1/800时为3级，墙体呈现中等破坏，裂纹较多且明显，1/800＜Δ/H≤1/300为4级，墙体裂纹开始变宽，Δ/H＞1/300时为5级，此时墙体已经呈现局部倒塌。应将位移控制在≤1/2000的范围内。

当前关于空心砌块墙体在外界温度影响下的受力计算尚无明确计算公式，本文提出了外界温度作用于空心砌块墙体的水平力、剪切力的计算公式。

对于空心砌块墙体，需要综合考虑纵横墙空间和一年内温度变化的影响。设墙体顶层的顶端在ΔT1温度范围内位移为ΔL1，屋面板在ΔT2温度范围内位移为ΔL2，ΔT2＞ΔT1，变形协变条件需要满足ΔL1=ΔL2，可以得到式1：

式1中外界温度的变化系数用η表示；空心砌块墙体纵墙和横墙空间的作用系数用ψ表示；墙体和屋面板的膨胀系数用α1和α2表示；空心砌块墙体的计算长度用l表示；屋面板的弹性模量用E表示；屋面板截面积用A表示；墙体的总刚度为K0，抗侧刚度K=NK0。

再将空心砌块墙体顶端的两种情况(自由、嵌固)进行综合考量，可以得到空心砌块墙体抗侧刚度(K)的计算公式，如式2所示：

式1中，弯、剪应力共同作用的系数用Φ表示，取0.75；空心砌块墙体的弹性模量用E1表示，位于芯柱后和构造柱后的墙体的惯性矩用I0表示；墙体高度用H表示；不均匀的剪应力系数用ξ表示；位于芯柱后和构造柱后的墙体的截面积用A0表示。

根据式1和式2可知，在外界温度作用下，空心砌砖墙体的水平应力P和剪切应力τmax如式3所示：

式中端开间墙体的长度用B表示，厚度用t表示。

结论：

综上所述，在外界温度作用下，空心砌块墙体出现的裂纹主要有内横墙裂纹(阶梯形)，外纵墙裂纹(正八字形)和门窗裂纹。在此基础上提出了空心砖砌墙水平应力、剪切应力的计算公式，量化了温度对空心砌块的影响，为之后的研究提供了参考。