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    地下室外墙裂缝成因及控制措施设计.pdf

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    地下室外墙裂缝成因及控制措施设计.pdf

    城携建设 地下室外墙裂缝成因及控制措施设计 1前言 C憾and][hrewntion Of Crack in tl崦B 嘲 Ext w枷 地下室外墙裂缝一直是影响 其工程质量和使用功能的主要质 量通病。试验研究及大量工程实 践所提供的资料表明,结构物的裂 缝是不可避免的,尽管结构设计是 建立在强度的极限承载力基础上, 但对于地下工程往往是由裂缝控 制的。从长远来看,裂缝的存在会 导致钢筋过早锈蚀膨胀,引起混凝 土的剥落,降低结构的耐久性。尤 其当土壤中含有硫酸盐、氯离子、 碱性离子,或地下水位的变化引起 结构干湿交替,或环境温度交替变 杨晓明文智斌 Yang Xiaoming Wen Zhibin [摘要]地下室外墙裂缝是影响地下室工程质量和使用功能的主要质 量通病。本文综合分析影响地下室外墙裂缝的因素,从设计角度提出裂 缝控制的技术措施,旨在预防和减少结构设计以及工程施工阶段裂缝的 出现,为地下室外墙裂缝控制提出综合解决方案。 [关键词]地下室;外墙裂缝;技术措施 [文章编号]16727045200908007504 [中图分类号]TU745.3 [文献标识码]A AbstractCrack in the exterior wall is a common fault affecting the basement engineering quality.Why crack s is comprehensively analyzed,Meanwhile, technical measures are also given fr0m the view of design to provide comprehensive solutions. Keywordsbasement;crack in the exterior wall;technical measure 化时,都将对结构材料的耐久性和 承载力产生不利的影响,重则能使 结构破坏,影响生命安全。因此, 必须了解影响地下室裂缝产生的 因素,采取相应的控制措施,确保 结构的安全性与适用性。 2裂缝分布特征 对地基上长墙的研究结果表 明当长墙受到降温和收缩作用 时,必将产生收缩变形,拉应力超 过抗拉强度时便引起开裂,裂缝垂 直于拉应力方向而呈竖向分布。 并且裂缝的出现呈现“一再从中部 开裂”的规律,直到裂缝间的应力 传递长度不能满足达到混凝土抗 拉强度所需时,裂缝达到稳定,而 不再增加见图1,其中序号表示按 批次出现的裂缝。 实际工程中,地下室外墙由于 受到楼板、基础底板、附壁柱或与 外墙垂直的墙体约束,裂缝分布特 征会与上述长墙有一定差异见图 2,但也符合基本理论①大多数 裂缝呈竖向分布,基本接近墙高, 两端逐渐变细而消失,且裂缝问大 致呈相互平行趋势;②沿地下室墙 长两端附近裂缝较少,墙长中部附 近较多;③裂缝数量较多,宽度不 200 0 .. 广 椭携建役 大,一般不会贯穿整个截面;④裂 缝数量随时间增多,但宽度加大有 限;⑤附壁柱附近由于对墙体的约 束而出现纵向收缩裂缝;⑥基础对 墙体约束形成剪应力,外墙底部出现 少量斜裂缝;⑦洞口周边出现裂缝。 3影响因素分析 对混凝土强度的研究及大量 工程实践所提供的经验都表明,结 构物的裂缝是不可避免的。结构 裂缝分为荷载引起的裂缝和变形 引起的裂缝。工程实践中,除因设 计荷载取值不当外,裂缝主要由变 形产生,其作用包括温度、湿度、地 基变形。与荷载作用相比,从环境 的变化、变形的产生,到约束应力 的形成,裂缝的出现与扩展是应力 累积和传递的过程,是多次产生和 发展的。 地下室外墙裂缝除应考虑混 凝土的干缩、水化、升温与冷缩、水 泥用量与品种、骨料粒径、掺合料、 外加剂、水灰比等影响因素外,还 应主要考虑其他一些因素。 1水平钢筋的影响,包括钢 筋外形与配筋率。带肋钢筋与混 凝土问有更好的机械咬合力与粘 结能力,抗裂性能好;选择细而密 的水平筋且适当增加配筋率能使 钢筋与混凝土更好地协同工作,增 加墙体的韧性,提高抗裂能力。 2保护层厚度的影响。相关 规范对迎水面混凝土保护层厚度 有严格控制,但不适当的设计或构 造会使墙体外侧保护层厚度过大 而开裂;水平钢筋置于竖向钢筋内 侧,导致水平钢筋对裂缝产生不能 起到有效的抑制作用。 3墙体长度的影响。墙体过 长会使其变形能量不能有效释放, 导致裂缝出现,且墙体越长,裂缝 出现的可能性就越大。 4约束条件的影响。地下室 基础底板或楼板会对外墙的收缩 变形形成很强的约束。 5截面特征的影响。外墙属 图1地基上长墙的典型裂缝分布图 墙柱 墙霉 预留涧 、 /| ; | | { Oe.i I/R 0 l/ { \ f O / , 0l/ \ \ I 施工缝; ; 一 j-j L _ ,f o 一一__/一一 一; o / o 0』 0一 、 f \ ’ 底板同刚浇泞 图2地下室外墙裂缝分布图 于薄壁杆件,混凝土的水化热散热 快,温度梯度大,干缩与冷缩变形 大,与其相邻的附壁柱或楼面梁变 形不能相互协调。 6商品混凝土的影响。泵送 混凝土多选用缓凝型高效减水剂, 同时也掺加一定量的粉煤灰,会影 响混凝土的早期抗拉强度与弹性 模量,降低混凝土早期的抗裂能 力,使混凝土出现早期裂纹。尤其 高水灰比混凝土对控制混凝土收 缩更为不利。 7拆模时间的影响。拆模时 间的控制也是影响裂缝开展的一 个重要因素。一般情况下,浇筑 24h后可拆模,但此时混凝土凝结 硬化的温升正处于峰值,若拆模后 浇筑冷水养护,可能会造成混凝土 内外温差大,从而产生裂缝。 8养护的影响。地下室外墙 为竖向构件,靠浇水难以保持表面 长期、均匀湿润,因此如措施不当 或养护不及时,混凝土表面极易出 现裂缝。 9环境温差的影响。温差越 大,产生的温度应力越大,这是混 凝土结构开裂的直接原因。 4设计措施 4.1嵌固端的确定 对带有地下室的多高层建筑, 上部结构与地下室分析方法按规 范可分为分离式模型和协同工作 模型。分离式模型不考虑上部结 构与地下室的相互作用,而实际 上,二者具有共同的位移场,相互 协调变形。嵌固端的选择不仅关 系到结构中相关构件内力分配的 准确性,而且还影响结构产生侧移 的真实性。因此,嵌固端选择合理 与否,直接影响到地下室外墙配筋 尸 城辐建设 计算。结构嵌固端的确定条件 ①嵌固端标高与室外地坪的高差 宜小于本层层高的i/3,半地下室 楼层没有特殊的构造措施一般不 能作为结构嵌固端;②嵌固端应为 梁板体系,且不能有大开洞,并满 足规范相应构造要求;③嵌固端楼 层的剪切刚度应不小于其上相邻 楼层侧向刚度的2.O倍。 4.2荷载的取值与组合 地下室外墙受弯及受剪计算 时,土压力引起的效应为永久荷载 效应;为可变荷载效应控制的组合 时,土压力的荷载分项系数取1.2; 为永久荷载效应控制的组合时,其 荷载分项系数取1.35。室外地面 活荷载有特殊较重荷载时,按实际 情况确定,根据不同施工方法采取 合理的土压力系数。当地下室施 工采用打开挖方式,无护坡桩或连 续墙支护时,地下室外墙承受的土 压力宜取静止土压力,对一般固结 土可取卜sin 中为土的有效内 摩擦角,一般情况可取0.5。当地 下室施工采用护坡桩时,地下室外 墙土压力可以考虑基坑支护与地 下室外墙的共同作用,可按静止土压 力乘以0.66的折减系数近似计算。 4.3混凝土保护层厚度 GB 50108--2001 地下工程防 水技术规范 中对防水混凝土结构 规定迎水面钢筋保护层厚度不应 小于50mm。设计中,有些设计人员 往往根据对规范的不同理解,将地 下室外墙保护层厚度取得过大,并 且为取得较大的有效高度而增大 截面抗力,不区分水平钢筋的受力 情况,一律将其置于竖向受力钢筋 的内侧。若表层混凝土较厚无法 受到钢筋的有效围箍约束,则会导 致横向裂缝的产生,甚至出现混凝 土脱落。考虑地下工程防水要求, 对有附加防水层的迎水面混凝土 最小保护层厚度可取30mm,没有附 加防水层的迎水面保护层厚度为 50mm。因此,只要求受力钢筋满足 保护层厚度限值即可,以减少人为 增加裂缝的可能性。 4.4地下室外墙计算模型 通常在地下室外墙配筋计算 中,当墙长不小于两倍墙高时,将 外墙计算模型简化为单跨或多跨 的单向板进行计算配筋,否则,视 墙体两端约束情况将其按单跨或 多跨双向板计算配筋。而有的工 程外墙配筋计算时,凡外墙带扶壁 柱的,不区别扶壁柱约束强弱,一 律按双向板计算配筋,而扶壁柱则 按地下室结构整体电算分析结果 配筋,又未按外墙双向板传递荷载 验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁 柱变形协调的原理,其外墙竖向受 力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、 外墙的水平分布筋有富余量,这种 不符合实际受力特征的模型为外 墙裂缝的产生埋下隐患。因此,除 垂直于外墙方向有钢筋混凝土内 墙相连的板块或外墙扶壁柱截面 尺寸较大可按双向板计算配筋外, 其余的外墙宜按竖向单向板计算 配筋为宜。附壁柱应考虑墙体传 递的水平力;竖向荷载较小的外墙 扶壁桩,其内外侧主筋也应予以适 当加强。外墙的水平分布筋要根 据扶壁柱截面尺寸大小,适当另配 外侧附加短水平负筋予以加强,外 墙转角处也应予以适当加强,以减 少墙体与墙约束边界的裂缝出现。 4.5地下水与抗浮 地下室外墙往往受到基础底 板的约束,底板的设计出现问题, 直接可能导致外墙裂缝的出现。 地下水位是地下室抗浮设计的重 要依据,如对施工过程和洪水期重 视不足,会造成抗浮不够出现局部 破坏。此外,当同一整体大面积地 下室上建有多栋高层、低层建筑及 纯地下室时,抗浮设计相对较难处 理,须作细致分析处理。 5构造措施 5.1混凝土等级 在满足承载力和防水要求的 条件下,混凝土强度等级宜选取 C25~C35。混凝土强度等级越高, 水泥用量则越多,混凝土硬化过程 中水化热高,收缩就大,容易引起 墙体裂缝。当需要采用高强混凝 土时,为适应裂缝控制的要求,应 选择具有低热、低收缩、低弹模、高 极限拉伸、适当的抗压强度、较高 的抗拉强度、极限拉伸和适当的徐 变特征的高性能混凝土。此外,纤 维混凝土具有较好的抗裂性能,能 够满足地下室裂缝控制的特殊要求。 5.2配筋方式 地下室外墙的横向收缩裂缝 是最为常见的,改善水平筋的配筋 方式和提高配筋率对控制裂缝开 展具有重要意义。设计人员往往 不区分情况,将水平钢筋置于竖向 钢筋的内侧,仅按规范最小要求, 间距取150mm~200mm,最小配筋率 取0.2%~0.25%。工程实践表明, 地下室墙体水平筋应细而密,并建 议使用带肋钢筋,钢筋间距不宜过 大,采用直径中1Omm一中16mm钢 筋、80mm一150mm水平间距;同时, 除计算要求外,墙体水平筋的构造 配筋率宜在0.4%~0.6%间。另外, 由于墙体受底板或楼板的约束较 大,混凝土胀缩不一致,宜在墙体 中部或端部设一道间距为100mm、 高为1m的“水平暗梁”,水平筋宜放 在竖向受力筋的外侧,有利于控制 广 碱携建设 _ 墙体有害裂缝的出现,并取得了良 I 好的工程效果。 ● 5。3边界约束 _ 实际工程中,对于墙体与柱子 l 相连的结构,由于墙与柱的截面特 I 征和配筋率相差较大,强构件就会 ’ 对弱构件造成约束。混凝土胀缩 . 变形与限制条件有关,导致应力集 中, 在离柱子Im~2m的墙体上容易 。 出现纵向收缩裂缝。工程实践表 . 明,应在墙柱连接处设水平附加筋, 附加筋的长度为1500mm~2000mm, 插入柱子中200mm~3OOmm,插入墙 体中1200mm~1600mm,该处配筋率 提高10%~15%。这样,有利于分散 墙柱间的应力集中,避免纵向裂缝 的出现。 5.4应力集中 外墙由于功能需要或从经济 上考虑,可能会需要开洞或改变截 面,而在孔洞或变截面的转角部 位,由于温度收缩作用而引起应力 集中,会导致裂缝产生。因此,需 要对孔洞部位进行局部加强处理, 避免结构突变或截面突变而产生 应力集中,当不能避免截面突变 时,应局部加强做过渡处理,并加 强配筋。 5.5“抗”与“放” 原则上,应尽可能根据 混凝 土结构设计规范 规定设伸缩缝, 当有充分依据或可靠措施时,规范 中相关数值可予以增减。当因功 能或防水等要求不允许设伸缩缝 时,可采取下列措施中的一个或几 个来解决温度或收缩应力问题 ①“先放后抗”采用后浇带 分段施工;②“抗”采取专门的 预加应力措施;③采取其他“抗”与 “放”措施,如局部加强配筋、加强 保温隔热措施、设置滑移层解除约 束、在建筑物顶部留音叉式伸缩缝 等。应根据概念和计算慎重考虑 各种因素对结构内力和裂缝的影 响,确定合理的伸缩缝间距。 目前,另外一种观点认为,伸 缩缝虽然是外墙变形和能量释放 的最直接方式,但是给施工造成了 相当大的困难,如果处理不好,容 易漏水并对结构抗震不利。工程 实践表明,采用施工后浇带取代永 久性伸缩缝的措施对控制混凝土 早期收缩裂缝是有效的,并逐步得 到了推广应用。但其弊端是在施 工中后浇带填充时间较长,后浇带 中垃圾清理比较麻烦,有时难以保 证后浇带的质量。相关专著总结 了多年的施工经验以及观测资料, 提出一种有效的裂缝控制新方法 “跳仓法”,实则也遵循了“先放后 抗”的原理。 6结语 地下室外墙裂缝控制应综合 采用“抗放兼备,以抗为主,或者以 放为主”的科学方法。“抗”可以通 过提高混凝土的抗拉强度或极限 抗拉性能,主要利用混凝土的拉伸 变形吸收能量来提高抗裂能力;采 用合理的构造措施加强抗裂能 力。“放”就是通过设变形缝及施工 缝释放约束应力,使结构具有一定 变形能力,从而减少约束;采取合 理的结构方案或技术措施使结构 具有一定变形能力。总之,地下室 外墙裂缝控制需要从设计、施工、 材料、环境、管理等各方面综合考虑, 才能保证结构的安全f生与适用性。 参考文献 【i]杨晓明,赵顺波.在亚高温 循环作用下混凝土强度劣化规律 试验研究【J].港工技术,2007,1. [2]Zhao Shunbo,Yang Xiao -ming.Experimenta1 Study 011 Deterioration of Concrete Str ength under Different Sub high Temperature Cycles[J]. Journal of Wuhan University of TechnologyMater.Sci.Ed., 2006,Vo1.21 Supp1. 【3]邹泓荣.建筑病害诊治实 例与工程质量保证[M】.北京中国 计划出版社,2006. 【4】王铁梦.工程结构裂缝控 制【M】.北京中国建筑工业出版 社,1997. [5】周晓强,朱学农.地下室外 墙裂缝预估与控制【J】.建筑技术, 2005,4. 【6】李云贵.上部结构与地下 室共同工作分析及地下室设计在 SATWE中的实现[J】.建筑结构学 报,2005,1. 【7】中国建筑标准设计研究 所.全国民用建筑工程设计技术措 施一防空地下室【M].北京中国计 划出版社,2003. [8】李国胜.建筑结构裂缝及 加层加固疑难问题的处理一附实 例[M].北京中国建筑工业出版 社,2006. [9]王铁梦.工程结构裂缝控 制“抗与放”的设计原则及其在“跳 仓法”施工中的应用【M】.北京中 国建筑工业出版社,2006. 00 杨晓明,硕士,工程师,现任职 于中兴通讯股份有限公司,主要从 事结构设计与研究工作。 文智斌,工程师,现任职于广 西华篮设计集团有限公司,主要 从事结构设计与研究工作。 收稿日期2009-0616

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