墙体结构破坏机理分析研究

朱鹏宇

(淮阴工学院，江苏 淮安 223001)

墙体结构破坏机理分析研究

朱鹏宇

(淮阴工学院，江苏 淮安 223001)

在建筑工程中，墙体破坏是建筑物中常见的一种破坏形式之一。然而在框架结构中墙体破坏不受重视，只作为影响墙体外形美观的一个方面，忽略了墙体填充的作用。本文通过建立建筑模型，分析框架结构中墙体破坏机理，提出减少墙体破坏的措施，美化墙体外形。

框架结构 墙体破坏 机理 措施

1. 言

我国在工程设计中一般是忽略填充墙的作用，而是把全部竖向荷载及横向荷载都加在钢筋混凝土框架上。这就必需采取必要的构造措施避免荷载向填充墙传递。但实际上，填充墙作为钢筋混凝土框架结构的一个组成部分肯定参与了其受力过程并且发挥一定的作用。特别是当框架受水平力作用时，从结构角度看，填充墙能起到斜向支掌的作用，从而抵抗水平力。实际中，大量墙体破坏可以证明这一点。国内外专家对于框架结构加砖填充墙后的工作性能的试验结果也表明砖填充墙能与框架结构共同作用，从而大大增加整个结构的刚度，提高其承载力。

本文以弹性方法为基础，但在研究砌体填充墙时采用了填充墙发生塑性破坏的假定，通过研究框架结构填充墙破坏的机理意在为传统的工程设计墙提供一定的参考，使理论更好的服务于实践。这样一来，在设计中可以适当考虑填充墙的作用，充分发挥填充墙的作用，以满足设计和施工的需要。

2. 填充墙相互作用的力学模型

关于框架填充墙相互作用的力学模型有很多种。本文通过对框架填充墙相互作用过程中破坏形态与内力的观察分析，阐述了框架支掌结构力学模型的作用机理(见图1)。

图1 框架支持结构力学模型

图2 水平作用下砌体填充墙的变形

框架填充墙结构中的砌体在整个结构受力过程中发挥两方面的作用：首先是其平面内的抗剪能力；其次是类似于框架中的斜压杆。同时，框架水平荷载作用下，梁和柱发生双曲率弯曲，各层柱的上部水平位移以及框架主对角支撑的缩短使柱与墙紧贴，而且，使墙在对角方向受压，这实际上就类似于一个框架支撑结构。

3. 填充墙破坏的机理

框架填充墙结构中，由于施工、设计等很多因素的影响，灰缝往往是整个框架填充墙结构中最薄弱的部位。结构在外部水平剪力作用下，这些部位往往首先发生破坏。另外，由于砌体质量的不均匀性，往往会在填充墙与框架接触面的砌块或灰缝的某些点上容易形成应力集中，当应力超过砌块或灰缝的应力强度时，砌体会首先在这些点上被破坏并造成裂缝向下延伸，依此发展下去，最终形成阶梯形裂缝，这就是所谓的剪切破坏。剪切破坏往往是砌体破坏形式中最常见的一种破坏形式。采用平面应力薄膜单元对墙体进行大量的有限元分析可以得出上述应力的临界值将在墙体的中心产生。这种临界值可用下面的经验公式表示：

式中：L为填充墙长度；h为填充墙的宽度；t为填充墙厚度；Q为框架作用于填充墙上的水平剪力（下同）。

通过试验可以得出，若框架结构填充墙的整体质量与强度比较均匀，则只会发生另外两种破坏形式，即斜压破坏与斜拉破坏。当框架在水平力作用下变形时，砌体填充墙也将发生相应的变形(见图2)。由图2可以看出变形后在两个对角线方向上填充墙变形最明显：主对角线方向上受压，次对角线方向上受拉。同时，与框架填充墙结构的力学模型也相符。只不过由于砌体填充墙的抗拉强度很小，一般不予以考虑。通过试验研究表明：主对角线两角点处的压力最大，而墙体中央部位垂直于主应力迹线方向上的拉应力最大。实际的应力分布与很多因素有关：如柱子与填充墙的接触长度，而这又和柱子的抗弯刚度，填充墙的支撑刚度有关。柱子刚度越大，接触长度越长，交界面上的压力越小。实际上砌体填充墙边缘上应力沿应力分布方向上是逐渐减小的。当主对角线上墙角被压碎时就发生所谓的斜压破坏。如果假定填充墙角度被压碎，砌体与柱子的接触长度为a，砌体的抗压强度为f，则相应地作用在填充墙上的水平剪力为

假定钢筋混凝土框架的弹性模量比为3，则受压破坏时钢筋混凝土框架中填充墙的剪力为

由式(4)可知，砌体的抗压强度和墙厚是影响填充墙强度的主要因素，而柱子的惯性距和墙高则是取其乘积的四次方根。

当墙角处的压力小于或等于砌体的抗压强度时，在垂直于墙体主对角线的拉应力作用下，墙体斜裂缝沿着与主对角线平行的一条或多条线路发展并惯穿墙体，此垂直拉应力与主应力迹线相垂直，在墙体中央区域附近扩散并向外发展，最终造成墙体受拉破坏，这就是所谓的斜拉破坏。当发生斜拉破坏时，斜向拉应力有以下的经验公式。

由式(5)可知，发生斜拉破坏时，拉应力主要由填充墙的有关特性控制，而框架的刚度的影响不大， 从斜拉与斜压破坏过程可以看出与边缘处的应力分布吻合得比较好。

4. 填充墙体破坏预防措施

（1）蒸压加气砼砌块的砌筑，必须严格遵守国家标准《砌体工程施工质量验收规范》（GB 50203—2002）技术指标要求。

（2） 砌筑砂浆宜选用粘结性能良好的专用砂浆，其强度等级应不低于M5，砂浆应具有良好的保水性，可在砂浆中掺入无机或有机塑化剂。有条件的应使用专用的加气砼砌筑砂浆或干粉砂浆。

（3）为消除主体结构和围护墙体之间由于温度变化产生的收缩裂缝，砌块与墙柱相接处，必须留置拉结筋，一般竖向间距为500～600mm，压埋2Φ6钢筋，两端伸入墙内不小于700mm，锚入砼柱内不小于250mm；另外，每砌筑1.5m高时应采用2Φ6通长钢筋拉结，以防止收缩拉裂墙体。

（4）在跨度或高度较大的墙中设置构造柱、腰梁。一般当墙体长度超过5m，应在中间设置钢筋砼构造柱；当墙体高度超过3m（≤120厚墙）或4m（≥180厚墙）时，应在墙高的中间处增设钢筋砼腰梁。砌块墙体的长度超过5m、高度超过2.5m的独立墙体的端部，应设钢筋砼构造柱；构造柱留马牙槎应先退后进，进退尺寸以60mm为宜。

（5）严格控制好蒸压加气砼砌块上墙砌筑时的含水率。按有关规范规程规定，蒸压加气砼砌块施工时的含水率宜小于15%，对于粉煤灰蒸压加气砼制品宜小于20%。通常情况下在砌筑前24h浇水，浇水量应根据施工当时的季节和干湿温度情况决定，由表面湿润度控制。禁止直接使用饱含雨水或浇水过量的砌块。

（6）每日砌筑高度控制在1.8m以内，春季施工每日砌筑高度控制在1.5m以内， 下雨天停止砌筑。砌筑至梁底约180～200mm左右处应静停7～10d后待砌体沉降变形稳定后，再用实心辅助小砌块斜砌挤紧顶牢。

（7）砌筑时灰缝要做到横平竖直，上下层十字错缝，转角处应相互咬槎，砂浆要饱满，水平灰缝不大于15mm，垂直灰缝不大于20mm，砂浆饱满度要求在90%以上。垂直缝宜用内外临时夹板灌缝，砌筑后应立即用原砂浆内外勾灰缝，以保证砂浆的饱满度。

（8）墙体的施工缝处必须砌成斜槎，斜槎长度应不小于高度的2/3。

（9）墙体砌筑后，做好防雨遮盖，避免雨水直接冲淋墙面；外墙向阳面的墙体，也要做好遮阳处理，避免高温引起砂浆中水分挥发过快，必要时应适当用喷雾器喷水养护。

5 结束语

正确的墙体施工，可以防止填充墙的破坏，裂缝的产生。使墙体能成为框架结构的斜向支撑并约束框架结构的水平位移，从而大大改善框架结构的受力及变形性能。

[1]李明.框架结构填充墙防裂技术措施[J].山西建筑2013.06.

[2]吴威海.灰砂砖砌体裂缝试验及仿真研究[D].武汉理工大学.2012.

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1007-6344（2015）12-0088-02