砌体结构现浇混凝土楼板温度应力分布研究

砌体结构现浇混凝土楼板温度应力分布研究

张珂峰1 曹青来2

(1.南通市广播电视大学;2.南通市建筑质量检测中心,江苏 南通226001)

摘 要:砌体结构是目前我国住宅建筑的主要结构形式之一,现浇混凝土楼板温度裂缝问题是其常见而又亟待解决的问题.国内外专家、学者对砌体结构的温度裂缝问题进行了大量的科学研究,有不同观点,但基本上局限于砌体结构温度裂缝的定性分析,对温度应力的分布还缺乏深入的研究.文章对砌体结构温度场进行了仿真分析得出了温度应力分布规律.关键词:砌体结构;现浇楼板;裂缝;温度效应中图分类号:TU398

文献标识码:A 文章编号:1008-293X(2009)07-0065-05

0 引言

目前,砖(砌体)墙和现浇钢筋混凝土楼板相结合的混合结构在我国是比较常见的一种结构形式,尤其在多层住宅中更为普遍.但使用中也存在着一些问题.其中最普遍的问题是混合结构房屋易出现裂缝,这些裂缝产生的部位除了顶层墙体和屋面板之外,楼面板也经常出现裂缝,特别是板角45度斜裂缝出现概率极高.现在,住宅现浇楼板的裂缝是一种常见的建筑质量垢病,也是住户投诉较多的热点问题.虽然许多裂缝并不影响结构的承载力,但是它直接影响用户对住房的美观和使用功能的要求,更由于开裂造成渗漏、钢筋锈蚀,降低了建筑的使用寿命.因此,防治现浇楼板开裂己成为住宅建设中一个十分重要和迫切的问题.

但是目前砌体结构还主要集中在墙体和屋面板,对楼板虽有提及,却研究甚少.裂缝产生原因研究也主要集中在施工和混凝土收缩.国内对现浇楼板温度裂缝的研究还不多,处于探讨阶段.所以本文研究砌体结构现浇混凝土楼板的温度应力的分布,为现浇楼板温度的防治提供设计依据.

1 砌体结构现浇混凝土板裂缝实验调查

目前砌体结构混凝土裂缝主要有以下几种形式:1.1 结构现浇楼板45 角裂缝

角裂缝发现大多数发生在房屋二端山墙的转角处,房屋四角及内外墙交接角部,且大多数裂缝穿透楼板,裂缝形态一般呈中段宽,两端窄裂缝呈45 走向,裂缝宽度肉眼可以明显观察到(一般肉眼可见裂缝宽度约0.03~0 05mm),且上下贯通.发生原因分析:(1)收缩特性和温差双重作用所引起的;(2)板角负弯距筋配置不当.1.2 横向裂缝和纵向裂缝

横向裂缝是指平行于楼板的短边,垂直于楼板长边的裂缝.纵向裂缝是平行于长边,垂直于短边的裂缝.由于现在房屋大部分是双向板在我们调查过程中发现在楼板中部会出现及墙边会出现横向和竖向裂缝.在调查中发现横向裂缝和纵向裂缝发生贯穿裂缝较多.发生原因分析:(1)水泥随意添加,用量过大,水灰比控制失当.混凝土养护不当,失水过多.(2)室内外温差过大.1.3 放射型裂缝

放射型缝是指多条裂缝汇交于一点的情况.从工程资料可以发现这些裂缝通常出现在天花板上的吊灯周围,是由于吊灯的安装不当造成的.发生原因分析:(1)PVC 管设置不合理,穿管过密,使用过多;(2)楼板厚度为够,保护层不符合要求.1.4 其他裂缝

除了上述三种裂缝之外,现浇板裂缝还有其他形态的裂缝.这些裂缝可看作斜裂缝、横向裂缝和纵向

第29卷第7期2009年3月 绍 兴 文 理 学 院 学 报JOURNAL OF S HAOXING UNIVERSITY Vol.29No.7Mar.2009

收稿日期:2008-10-15

作者简介:张珂峰(1979-),男,江苏南通人,讲师,研究方向:建筑物资鉴定与加固.

裂缝的组合.

1.5 砌体结构现浇板裂缝调查分析

2008年南通市建筑质量检测中心对南通某小区的砌体结构住宅现浇混凝土板裂缝进行了一些调查,对该小区的调查对象为9栋砌体楼共三种楼型,每种楼型3幢.

调查砌体结构材料为:砖为粘土多孔砖(MU10),砂浆为混合砂浆(M10),墙体厚度为240mm,混凝土强度等级为C20的构造柱断面尺寸为240 240mm,每层设混凝土强度等级为C25置圈梁,断面为240 400mm,钢筋混凝土现浇板厚为l20mm,在变形缝处上部结构完全分开,基础仍连成一体.基础形式为钢筋混凝土条形基础.在图1-1、图1-2、图1-3可以显示.在图中由于放射性裂缝并不是经常出现,没有规律大多与施工工艺质量有关,并没有固定发生的区域

.

表1.1 房型一 裂缝统计图(调查对象三栋合计,主选西边单元)

A 房间

B 房间

C 房间

D 房间

E 房间合计1比例二层楼板195149176457%三层楼板433341715%四层楼板32-23109%五层楼板3-2-276%六层楼板523-51513%合计

楼板

34

12

22

14

31

113

100%

表1.2 房型二 裂缝统计图(调查对象三栋,调查对象主选西边单元)

A 房间

B 房间

C 房间

D 房间

E 房间合计1比例二层楼板1851512176753%三层楼板423351713%四层楼板33-431310%五层楼板3-232108%六层楼板623272016%合计

楼板

34

12

23

24

34

127

100%

表1.3 房型三 裂缝统计图(调查对象三栋,调查对象主选西边单元)

A 房间

B 房间

C 房间

D 房间

E 房间合计1比例二层楼板

1851412126159%三层楼板423241514%四层楼板3--431010%五层楼板7233318

17%

66 绍兴文理学院学报(自然科学) 第29卷

表2.4 各种裂缝种类统计表

类 型楼型1楼型2楼型3合计比例角裂缝78936823969.48%纵横向裂缝1716114412.79%其他裂缝1818256117.73%合 计

113

127

104

344

100%

1.6 由大量的砌体结构楼房现浇楼板裂缝调查分析可以得出以下结论

(1)从调查的裂缝情况可以发现角裂缝出现几率非常高可接近70%,并且在结构形式突变凸角处有裂缝出现,面积小的房间一般出现裂缝较小,但在楼型1和2中由于小房间处有凸角出现裂缝,但楼房非两端中部小房间基本上未出现裂缝.

(2)从裂缝的分布规律上看底层和顶层裂缝出现较多,尤其是底层裂缝出现几率非常高,这与有些文献的认识上是有出入的,但近几年广西大学和同济大学的调查也有类似的现象的出现.

(3)从裂缝的开展规律上可以发现房屋向阳处裂缝远多于非向阳处的裂缝.

(4)在调查中发现在房屋两端的房间门口处出现了角裂缝.

(5)在调查中发现每一层都有裂缝出现,角裂缝出现多,但纵横裂缝也有出现,在尺寸相接近的板纵横裂缝有同时出现,但纵向裂缝较横向裂缝出现较少.

(6)放射性裂缝出现非常不规律,但房间尺寸越大出现放射性裂缝越多,调查中发现小房间没出现放射性裂缝.

(7)调查中发现部分楼房中部出现了角裂缝和横向裂缝,由于调查对象的局限性和地区的影响,还没有得出相应的规律.

2 砌体结构现浇混凝土板有限元分析

2.1 有限元模型基本假定

文章的有限元计算分析是基于以下基本假定条件完成的:(1)使砌体结构开裂的原因较多,如基础的不均沉降等均可致其开裂,文章计算时不考虑基础的沉降.并且不考虑砌体结构的墙体和混凝土楼板的混凝土和水泥砂浆收缩影响.为了研究砌体结构受温度影响下楼板所产生的温度应力情况,文章所采用的模型只考虑温度荷载的作用,其他荷载不加载到模型上.(2)假定约束:结构底端与基础刚性连接,各个方向的位移均为零,可以认为是固端约束.(3)假定材料各向同性,其性质不随温度的变化而变化.(4)假定圈梁、构造柱、楼板或屋面板等与砖墙的接触面刚性连接,各个方向的位移均为零.假设两者相连且变形协调.(5)文章计算时没有考虑阳台、挑檐等附属结构对整体结构的影响,由于屋面结构较为复杂,本文在模型设计上采用平屋顶,计算时未考虑各构造层对砌体结构温度应力的影响.(6)温度应力计算方法上不发生相对滑移.(7)温度均匀变化假定.2.2 实体模型建立及温度荷载选择

文章采用实体整体建模的方法建立数字实体模型,实验的分析对象为南通市某小区的五层砌体住宅楼房型3为实验模型.根据实地调查楼房的材料信息,本文实体模型选取以下材料参数见表2.1,实验模型见图2-1所示.文章研究是采用温度均匀变化假定.计算时考虑结构外墙与内墙的温差,根据文献!1∀!2∀查得夏季南侧外墙最高温度可以到50#左右,东西两侧温度略低可达到45#,北侧温度最高可达42#.在文章研究中考虑一些极端情况,在夏季室内温度达到20#(室内开空调的情况下).由于为了研究温差为:南面外墙30#,北面外墙22#,东面外墙25#,南方炎热夏季由于太阳强辐射的作用可使外墙面温度高达50#(最不利情况),而室内由于开启空调,温度较低,假定为20#同时假定上层楼板面与下层天花板温度一样.文章运用ANSYS 软件计算了结构在内外温差作用在只考虑在温差变化下,研究结构的变形与温度应力的应力分布规律.

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