框架剪力墙设计对裂缝的控制措施

【摘 要】 框架剪力墙兼顾框架结构与剪力墙结构两者的优点。剪力墙具有整体性好，抗侧刚度大没有外露的梁柱，便于住宅建筑室内布置，成为抗震性能优良的延性结构。本文对其裂缝产生的特点进行预控制处理。

【关键词】 框架剪力墙结构 塑性裂缝 化学反应裂缝 变形约束裂缝

【中图分类号】 TU528.21 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2012）02-059-02

框架剪力墙结构在现阶段的应用极其广泛，框架剪力墙是在结构中同时布置框架及剪力墙，兼顾框架结构与剪力墙结构两者的优点。剪力墙具有整体性好，抗侧刚度大在水平荷载作用下侧移小，承载力容易得到提升，形成的墙面比较平整，没有外露的梁柱，便于住宅建筑室内布置，经过重新认真设计，剪力墙结构可以成为抗震性能优良的延性结构。框架剪力墙不但拥有较大灵活空间用以布置，而且整体性好，抗侧刚度大且层间变形比较均匀。

对于现今超长超宽的框架剪力墙结构，由于其侧向抗弯刚度的存在，建筑物在混凝土收缩或温度应力下，很容易产生较大的应力，使结构体出现开裂。裂缝不一定都是有害的会影响到结构的安全可靠性，但是对于结构的整体耐久性及外观产生不利影响，对此，多年来建筑设计业内都认为要采取各种技术措施，预防和限制这类裂缝的产生和发展。在剪力墙预防裂缝方面，有很多人士做出了极大努力，如对剪力墙混凝土裂缝成因的研究，探讨结构剪力墙开裂的成因分析及防冶措施，对高层建筑短肢剪力墙结构肢高进行的分析等深入探索。此文主要从设计方面对不设缝框架剪力墙结构，预防裂缝的方法措施分析探讨。

1 框架剪力墙结构裂缝成因

业内普遍认为对于结构混凝土中宽度小于0.05mm的裂缝视为无裂缝结构，但是这样小的裂缝可能导致建筑的渗漏将影响到耐久性。对于结构裂缝的控制就是将这些裂缝控制在规范的允许范围内，保证结构的安全耐久使用。框架剪力墙的裂缝一般分为：塑性裂缝、化学反应裂缝、变形约束裂缝。剪力墙的裂缝产生原因主要是:

混凝土在制作准备过程中，水泥和外掺合料与水拌合后体积会膨胀。当混凝土浇筑后随着水泥发生水化作用，水分被吸收多余游离水逐渐蒸发，体积有一定的缩小。混凝土体积收缩则结构内产生内应力，当收缩达到一定程度时混凝土就会产生裂缝。塑态裂缝和化学反应裂缝的产生是这些主要原因。

约束引起的裂缝：约束裂缝分为内部约束和外部约束两种情形，内部约束主要来源于混凝土中的配筋；而外部约束主要是基础及模板，超静定结构。当混凝土在收缩变形产生内应力，若是内或外部约束很强时，产生的内应力不能使其变形时，就会产生裂缝。

构件对框架剪力墙裂缝产生的影响：墙柱的截面尺寸对于裂缝的产生有着很大的影响，当截面选择处理不当时，基础以上的所有荷载全部由柱子，筒体传给基础，当地基出现沉降或基础压缩下沉时，墙体在基础边缘部位产生剪力，造成裂缝的出现。

2 框架剪力墙设计控制裂缝措施

从框架剪力墙裂缝产生的主要原因可知，设计阶段可以针对约束裂缝和截面尺寸构造因素进行设计控制。对于约束荷载在结构的裂缝控制中，主要还是由于主拉应力大于混凝土当时自身的相应强度造成的。其中外荷载在静定结构中产生应力应变，在超静定结构中还会产生次应力。变形荷载在静定结构中因为其可以自由变形，一般不会产生应力。在超静定结构中由于约束的存在，构件不可能自由变形，就会产生应力。当这种应力大至超过此时混凝土的抗拉强度时，构件即开裂随之约束也得到释放，但结构的刚度也降低，应力出现松弛。因温度、收缩等因素影响变形荷载引起的应力大小，是随着约束的变化而变化的，若无任何约束则不会出现应力。刚度越大则约束也越强，产生的应力则越大。为此设计中应考虑增加抵抗应力的水平约束钢筋布置，充分利用构造筋的约束作用以减小墙板结构的温度应力和收缩产生应力。

对于结构件的截面构造，为了预防墙板结构的温度裂缝，框架柱断面大，墙板厚度小，柱墙连接断面变化较大时，将不利于框架剪力墙结构对裂缝的预防控制。因为直线是两点的最短距离，直线墙收缩变形的内约束力是很大，直线方向无伸展的余地。而曲线及弧线，折线伸展的余地比较大，内约束力则比直线墙要小。在一般情况下如果采用曲线及弧线、折线较多的建筑物墙体，裂缝会少但施工就复杂了。

3 框架剪力墙施工控制裂缝分析

进入施工阶段对框架剪力墙结构的裂缝预防控制，主要是从混凝土的浇筑为主进行预防控制。主要是从以下方面入手:

首先，混凝土的组成，如果所建工程采用的是高强度标号水泥，最有效的方法是减少单位水泥用量，尽可能使用低水化热水泥，这样可以降低混凝土的水化热。严格控制外加剂的用量及品种，一般掺纤维剂是用来抵抗混凝土的早期裂缝，而用膨胀剂则是补偿混凝土的收缩。细骨料砂宜选用中粗砂，而粗骨料石子的自然级配一定要合理。对于粗细骨料的含泥量必须严格控制，尤其是砂子含泥量。如果含泥量越高，其表面的泥土会影响到粘结牢固，而易产生大量裂缝，降低混凝土的抗拉强度及承载力。

其次，混凝土的养护及模板拆除：大家知道混凝土的早期养护对于框架剪力墙结构的裂缝预防，起着极其重要的作用。当混凝土终凝以后必须要对其表面及剪力墙边模及时浇水保湿，同时也降低了温度。如果在混凝土中掺入了微膨胀剂后，混凝土会因强度上升而抑制膨胀量，因而剪力墙拆除模板后也仍然坚持养护，最好在墙两侧喷淋时间不少于7d。

最后，对于施工的组织管理工作：针对施工过程中容易存在冷缝或施工缝的实际，要认真做好施工组织及人员安排。根据混凝土的凝结时间对混凝土的浇筑施工及混凝土搅拌站的混凝土供应作出科学的组织协调。使上层混凝土在下层混凝土浇筑后2～3h内浇筑完。混凝土的初凝时间并不是混凝土不可能产生冷缝的终凝时间。如果在初凝时间段内浇筑混凝土是上下层混凝土的结合粘结力比较弱，即便对混凝土再次进行振捣，同样也会在新旧混凝土之间形成一层薄弱层，影响结构整体性实际上是上下两层皮状态。

4 设计控制工程应用

某多层办公楼为12层钢筋混凝土框架剪力墙结构，底层高度4.8m，其余标准层高为4.0m，建筑物地面以上高度为56.6m。针对框架剪力墙结构容易产生裂缝的特点，对框架剪力尺寸设计为：柱截面800×800mm，框架梁尺寸为400×800mm; 剪力墙厚度为300~350mm不等，墙体内设置相应构造筋。楼面恒荷载5kN/m2，活载为2kN/m2；屋面恒载为6.5kN/m2。本工程为7度(0.1g)抗震设防，场地类别为Ⅱ类；梁柱与墙的受力主筋为HRB335、箍筋为HRB235。

对结构的剪力墙进行分析，主要是梁和墙两种单元，其中梁柱采用二节点三维弹性梁单元，在每个节点上有6个自由度，可以承受单向的拉伸，压缩，扭转和弯曲。剪力墙采用四节点三维弹性墙单元，在每个节点上分别有6个自由度。同时也考虑了恒载，活载，X方向风载及Y方向四种不同的荷载考虑。

5 设计结果分析

从设计结果分析可知，对于框架剪力墙的剪力墙进行受力分析，得到在最不利荷载下的内力状况。中间部位的剪力内力刚度较大的剪力墙承受了结构的主要剪力和弯矩，而梁柱的内力相对较小，从而能够有效的预防控制结构裂缝的产生。同时在结构进行施工的过程中，严格控制混凝土的配合比组成，并科学地组织施工过程控制。在浇筑混凝土和后期的养护每一个环节都要认真处理到位。如果条件允许工程投用后的1～2年间组织技术人员进行检测评价，对裂缝的控制效果是显著的。

综上所述，针对框架剪力墙结构裂缝产生的原因，可以从最主要的两个方面进行控制，即在设计方面合理选择各结构件截面尺寸及形状，处理好不利受约束引起的裂缝。在施工方面对组成混凝土原材料合理选择，并组织好施工协调及过程控制，后期养护及成品保护同样不可放松。

参考文献

1 刘世美.基于高层建筑短肢剪力墙结构肢高比设计[J].工程建筑与

设计，2010,(10):67～70

２ 李海水.剪力墙裂缝成因分析与施工防治措施[J].山西建筑，2010,

(10):122～123

３ 陈颖.高层建筑结构优化设计分析[J].工程建筑与设计，2010,(8):40