剪力墙墙体竖向微小裂缝的预防与控制措施探讨

摘要：目前超高层建筑的筒体部分采用钢板混凝土组合剪力墙，即在高强、高性能混凝土中加入钢板或者在钢框架隔板之间浇筑高强、高性能混凝土，然而工程中混凝土的开裂可谓是“多发病”，当混凝土开裂严重时，其对结构的整体受力性能和耐久性能都会造成致命影响。文章对剪力墙墙体竖向微小裂缝的预防与控制措施进行了探讨。

关键词：剪力墙；墙体竖向微小裂缝；裂缝预防；裂缝控制；超高层建筑 文献标识码：A

中图分类号：TU37 文章编号：1009-2374（2015）12-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.059

1 剪力墙概述

钢板混凝土组合剪力墙结构是由钢板剪力墙结构发展起来的一种新型抗侧力体系，钢板剪力墙的性能很大程度上决定了钢板混凝土组合剪力墙的性能。钢板剪力墙结构诞生于20世纪70年代，其墙体单元由内嵌钢板、竖向边缘构件（边框柱）和水平边缘构件（边框梁）组成。边框柱相当于翼缘，中间的钢板相当于腹板，边框梁则可近似等效为横向加劲肋，即钢板剪力墙的受力特征类似于底部被嵌固的竖向悬臂桁架。钢板、边框柱、边框梁的相互作用共同提供了墙体的抗侧移刚度。

钢板混凝土组合剪力墙是以钢板剪力墙为核心依托，通过抗剪栓钉以及内外纵横分布筋与混凝土相互作用，最后形成钢与混凝土协同受力的复合型墙体。钢板混凝土组合剪力墙中混凝土为钢板提供面外支撑，防止钢板过早受力屈曲的同时，又为钢板提供了防火保护；同时，在混凝土的保护下，钢板能够提高结构的整体侧向刚度及位移延性。

钢板混凝土组合剪力墙根据钢板与混凝土的相对位置可分为内嵌钢板混凝土组合剪力墙、单侧钢板混凝土组合剪力墙、双钢板混凝土组合剪力墙。其中，内嵌钢板混凝土组合剪力墙是把钢板嵌入到混凝土中，然后靠钢板两侧的栓钉形成整体墙；单侧钢板混凝土组合剪力墙是把钢板立于墙体一侧，并通过栓钉与混凝土相连；双钢板混凝土组合剪力墙是把钢板立于墙体两侧，中间再浇筑混凝土，两侧的钢板可用开洞的隔板连接。

2 剪力墙墙体竖向微小裂缝的影响因素

城市混凝土剪力墙温度裂缝的产生，一方面是由于混凝土内外温差而引起的温度应力；另一方面是由于混凝土结构受到约束作用而不能自由变形，当由此而产生的应力大于相应龄期混凝土的抗拉极限时，结构便会产生裂缝。此外混凝土浇筑完成后的某些化学反应及水分的散失还会导致混凝土体积收缩，而造成收缩应力，收缩应力与温度应力的共同作用，将会加剧混凝土结构的开裂。影响城市混凝土剪力墙开裂的因素可归为以下三类：

2.1 水泥水化热

水泥水化的过程中会产生大量水化热，而城市混凝土剪力墙一般断面较厚，并且由于混凝土导热性能较差，聚集在结构物内部的水化热不易散失，混凝土结构内部温度急剧上升。相关工程实践表明，水泥水化温升约为15℃～30℃，有时甚至可达到40℃。因水泥水化热引起的混凝土绝热温升与水泥品种和水泥用量有关，并与混凝土龄期呈指数增长关系，混凝土浇筑2～4d绝热温升最高。由于浇筑初期混凝土弹性模量和强度较低，对因水化热引起的温升影响不大，相应龄期的结构温度应力也比较小。随着混凝土龄期的增长，混凝土弹性模量增大，因混凝土内部的降温收缩而受到的约束也越来越大，结构将产生较大的拉应力，这种拉应力大于相应龄期混凝土的抗拉强度时，结构开裂。

2.2 环境温度的变化

在混凝土结构的施工养护阶段，环境温度的变化对混凝土内外温差有很大影响。外界气温越高，混凝土的入模温度也越高，混凝土内部温度越高。施工养护期间环境温度急剧变化特别是当寒潮到来时，混凝土表面温度迅速降低，而若此时混凝土结构内部仍处升温阶段，将会在结构表面形成较大的温度梯度，限制混凝土急剧收缩，从而引起较大的温度应力，在混凝土结构表面产生裂缝。混凝土结构的内外温差=混凝土结构内部中心点的温度-相应龄期混凝土表面温度，其中混凝土结构内部中心点的温度是浇筑温度、水化热的绝热温升、结构物散热降温等因素的叠加；混凝土表面温度可近似取为环境温度。可见环境温度的变化直接影响结构内外温差，进而影响温度应力，所以在施工、养护过程中充分考虑环境温度的变化、做好保温措施对于减小内外温差、控制温度裂缝具有重要意义。

2.3 混凝土的收缩变形

混凝土的收缩变形包含两个阶段：硬化初期水泥是凝结固化过程所产生的体积收缩和后期混凝土内部自由水分的蒸发所引起的干缩。影响混凝土结构收缩变形的因素如下：（1）混凝土的配合比。水灰比越大、水泥用量越多，混凝土收缩越大，而良好的骨料级配对混凝土的收缩有限制作用；（2）干燥失水。干燥失水是导致混凝土收缩的重要原因，所以结构养护温度、湿度是影响其水分保持的重要因素。工程实践表明，高温湿养可加快水化作用，从而减少混凝土中自由水分的含量，减小收缩；（3）体表比（构件体积与其表面积的比值）。试验表明体表比决定了混凝土中水分的蒸发速度，体表比越小构件的收缩量越大。

3 防治地裂缝措施

针对地裂缝灾害对城市建筑的威胁，避免城市建筑受到破坏，城市建筑政府应从地裂缝诱因出发，杜绝因超采地下承压水而出现地裂缝发展和地面沉降问题，在1996年封停了四百多口自备井，同时开始使用黑河水源供水，并明令禁止非法开采地下承压水。

在城市规划上，为了有效利用土地资源，城市建筑政府出台了地方性规程《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》，现行的是DBJ61-6-2006版本。该规程在总则1.0.3中规定：“在西安地裂缝场地进行建设，应根据地裂缝的特性和工程重要性，采取以避让为主的综合措施，防止地裂缝活动可能产生的危害。”这充分说明了城市建筑在防治地裂缝灾害的措施上主要采取避让的原则，来使建筑物免遭其害。

在地裂缝影响区规划建筑时，规程规定，非特殊建筑严禁跨缝布置，且建筑物长边宜平行于地裂缝布置，并在此基础上规定了建筑物基础底面外沿至地裂缝的最近距离为避让距离，最小避让距离应符合要求。在地裂缝内的建筑，应增加结构整体刚度和强度，体型应简单，体型复杂时，各独立体型单元长高比不应大于2.5；地基宜采用钢筋混凝土双向条基、筏基或箱基，目的是利用整体大刚度来增加适应不均匀沉降的能力。

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作者简介：贾克（1989-），男，广东珠海人，珠海华发城市之心建设控股有限公司助理工程师，研究方向：土木工程。

（责任编辑：蒋建华）