20不同构造措施的混凝土小型空心砌块单片墙的力学性能分析.pdf

第 卷 第“期建筑结构 年“月 国家教育部骨干教师资助项目和杭州市墙改科研项目。 不同构造措施的混凝土小型空心砌块 单片墙的力学性能分析 金伟良潘金龙徐铨彪叶甲淳严家 （浙江大学结构工程研究所杭州 “） ［提要］ 为了研究混凝土空心小砌块建筑中存在的温度裂缝问题， 总结了温度应力理论分析的模型， 并采用 有限元方法对三种不同构造的小型砌块单片墙体进行计算比较， 得出各种墙体的最大侧移和应力分布情况， 明确了芯柱和构造柱在减小单片墙体侧移、 提高混凝土小型砌块墙体抗裂荷载和极限荷载方面的作用， 为设 计和施工提供参考依据。 ［关键词］ 混凝土空心小砌块温度裂缝有限元构造措施 4 1 3; , 2 ’ 2 . * 4 / - 1 ’ - , 1 , 4 ’ 2 . * , 2 4 . - 4 ’ 1 ’ 1 , 0 . . 78 4 ’ , 9 - 4 *; 4 1 37 2 . .，6 A7 0 4 1 07 1 2 ’ 6 4 ’ * , , 0 * 4 - , 4 ; , 4 ’ - 6 * 4 - 8 . 2 1 9 A ’ , 2 ’ *- , - - 2 ’ * , 0 6 ’ 1 , 4 ’ - 6 , 0 - 1 ’ - , 1 , 4 ’ 2 . * , 2 4 . - , 6 4 ’ * , 0 ; - , 8 B 1 , - , 4 1 , 4 ’ 5 , 0 7 2 . .’- * 4 - 8 . 2 1 9 A ’ , - 2 ’ *8 / ’ , 4 ’ 51 2 1 3 4 ’ 5 6 , 0 7 2 . . - C D 2 . 1 . 2 , * - . , -7 4 . . ; 1 A 8 2 *7 4 , 0 E 8 4 A ’ , 2 , 4 ’, 6 4 ’ * , , 0 ; - , 1 2 1 3 9 1 ’ , . . 4 5A , 0 * -，7 0 4 1 07 4 . . 8 / 4 * 2 . , 6 6 ’ 1 * 2 , 2 6 * - 4 5 ’2 ’ *1 ’ - , 1 , 4 ’ C “ 4 1 3；, A 8 2 , 1 2 1 3；6 4 ’ 4 , . A ’ , 2 ’ 2 . - 4 -；* 4 / - 1 ’ - , 1 , 4 ’ 2 . * , 2 4 . - 一、 引言 混凝土空心小砌块是我国墙体材料改革中推广应 用的主要产品， 具有强度高、 自重轻、 造价低、 砌筑速度 快、 劳动强度低等优点， 而且节约土地、 保护资源、 减少 环境污染、 增加房屋使用面积， 既保留了粘土实心砖原 有的众多优点， 又克服了粘土实心砖的致命缺点， 充分 显示出巨大的发展潜力。但是混凝土空心小砌块建筑 在推广应用过程中也暴露出一些问题， 如容易产生墙 体裂缝、 雨水渗漏、 墙体保温性能欠佳以及二次装修不 便等。在这些问题中严重困扰设计、 施工和房地产及 物业管理等单位的主要问题是裂缝。顶层墙体及相应 构件的裂缝问题严重影响混凝土空心小砌块的推广运 用， 制约着小型砌块建筑的发展。实际上裂缝的产生 并不是某一因素的单独作用， 而是多种因素的综合反 映。然而， 经过广泛的调查和分析， 根据裂缝产生的部 位及形状， 国内外专家普遍认为温度应力和干缩是导 致裂缝的主要原因。 传统经验认为， 在材料强度方面， 砖砌体的抗剪、 抗拉强度很低， 所以容易产生裂缝， 而混凝土墙板的抗 剪、 抗拉强度较高， 裂缝就较少。因此， 在砌体中设置 圈梁与顶板相连接， 或在砌体中配置钢筋， 以提高抗剪 能力。在构造方面， 顶层楼板受太阳辐射热而膨胀， 在 砌体的端部发生主拉应力破坏， 一般采取设置芯柱、 构 造柱、 增置钢筋网片予以加固。为了防患于未然， 考虑 设计时在墙体对温度变化较为敏感的部位予以加强。 文中主要对三种构造措施进行计算分析， 并对它们在 限制墙体侧移、 减小墙体温度应力和提高墙体抗裂性 能方面进行综合性比较。 采用F G H 有限元程序对单片墙模型在模拟温 度场的作用下进行计算分析， 并对计算结果与试验结 果进行比较， 分析比较了不同构造措施的力学性能。 二、 模型的建立 I理论模型的提出 图理论模型示意图 混凝土空心小砌块建 筑中经常出现的墙体开裂 情况， 大致有内墙阶梯形 裂缝、 外纵墙端部阶梯形 正八字裂缝、 墙顶水平裂 缝、 门窗洞口四周的裂缝 等。在建筑平面上分割出与相应外墙共同工作的顶板 宽度， 见图。顶板的厚度为“， 墙体的厚度为， 把 墙体看作半无限大的平面， 在上边缘上有厚为“、 宽为 的钢筋混凝土板条， 其接触面是紧密连接的。由于 太阳辐射， 楼板的平均温度高于墙体， 顶板和墙的相对 温差在顶板内引起压应力， 接触面上产生剪应力， 墙体 产生水平拉应力， 但该拉应力较小， 不致引起竖向裂 “ 缝， 但可以加重剪应力引起的斜裂缝。当温差较大， 顶 板与墙顶的自由变形有较大差异， 通过摩擦阻力使墙 内的主拉应力达到一定的数量之后， 便引起主拉应力 的斜裂缝或剪应力水平裂缝。 这里墙体上边缘的剪应力为 ［］ “ “ “ （“ “） *， 试验测试应力为 - 4 ; *， 相 差6 - 39； 墙片的计算水平剪应力最大值为 - , ; *， 试验测得的最大水平剪应力为, - 7 3 ; *， 相差 不 到 59， 说明用有限元方法分析墙片的侧移和应力分布 是有效的。模拟温度效应的外加水平剪力的方向是水 平向右的， 从图7的最大主应力分布图中可以看出， 窗 口的左上角和右下角是受拉区域， 在墙片的左边和右 5 上角的部位也是受拉区域， 而在窗口的右上角和左下 角及其它大部分区域为受压区。一般墙体的八字形裂 缝就是沿窗角受拉区产生并开展的， 因而设置增强窗 间墙刚度的芯柱、 构造柱， 增强了墙体的抗拉能力， 对 于防止窗口角端部裂缝的产生和开展具有很明显的作 用， 这从下面的计算结果比较可以看出。图为墙片 水平剪应力的分布图， 由于在墙片中其裂缝一般都是 沿灰缝的方向产生的， 通过对水平剪应力等应力线的 研究就可以有针对性地对受力较大的部位给予加强， 以防裂缝的产生。 图“单片墙最大主应力等应力线分布图 （ ） 图单片墙剪应力等应力线分布图 （ ） ， 芯柱体系墙片在点处的水平剪应力为 0 1 ， 减小了’ 3 1 ， 减小了- 7 1 - 0 0 0 ） 1广西建筑科学研究设计院小型砌块高层建筑研究成果资料集 ’ 1朱伯龙， 金国芳 “混用体系” 中型砌块墙片有限元弹塑性分析同 济大学学报， ’， （） - 1金伟良， 陈驹， 徐铨彪等混凝土小型砌块建筑裂缝宽度的标准设 置研究建筑结构， 0 0 ， （ 0） 6