住宅楼板收缩受双向约束引起切角斜裂缝的实例分析_林成

住宅楼板收缩受双向约束引起切角斜裂缝的实例分析 林 成 (五邑大学 江门市 529000) 1 引言 在实际工作中, 经常遇见住宅楼板出现 裂缝的问题, 顶层的裂缝主要受温度变化影 响再加上不当、砼收缩等因素共同作用 而引起的; 而标准层出现的非结构性裂缝则 主要是由于砼收缩导致的。现对较常见的切 角斜裂缝进行分析, 因而找出成因及解决方 法。 2 理论分析 砼在凝固过程中,砼多余水分蒸发、体积 缩小,称为干缩。同时,水泥和水起水化作用 逐渐硬化而形成水泥骨架不断紧密。体积缩 小,称为凝缩。干缩和凝缩总称为收缩,收缩 中干缩为主。收缩量随时间增长而不断加 大,初期收缩较快,尔后日趋缓慢。同时收缩 还与养护环境、温度、配筋率等因素有关。 构件截面尺寸对干缩的影响[ 1] , 采用截 面水力半径倒数作为反映截面在大气中暴露 程度表示。相对于砼构件的水力半径倒数, 即构件受包围截面的周长 L (与大气接触的 边长)与该周边所包围的截面积 F 之比。例 如:梁的截面为 20cm@ 45cm,板厚10cm(见下 图1)。 图 1 构件截面尺寸 梁的水力半径倒数为: r= L F = 0. 13cm- 1 板的水力半径倒数为: r= L F = 0. 2cm- 1 可见板的水力半径倒数比梁的水力半径 倒数大。由此可看出楼板的板面收缩大于两 侧梁的收缩,板内产生拉应力。 温度的变化亦直接影响砼的收缩,当结 构周围的气温变化时, 梁板都会产生变形。 板的厚度远小于梁, 所以全截面紧随气温变 化而变化, 水分蒸发较快, 收缩变化较大; 而 梁较厚故温度变化滞后于板, 特别在屋面最 为明显,由此产生的两种结构(梁与板)的温 度变形,引起约束应力,板内产生拉应力。 在实际工作中, 住宅楼屋面层所见到的 切角裂缝主要是由温度变化以及砼收缩共同 作用下产生的;而在标准层出现的切角裂缝 如非结构性裂缝,则主要是由砼收缩引起的, 裂缝多为贯穿性裂缝。 在普通框架梁板式砼现浇结构中,楼板 砼收缩受纵横侧梁的双向约束, 同时梁板砼 的收缩亦受纵横框架填充墙的双向约束。这 些约束作用在梁板上产生相应的正拉应力和 剪应力。根据文[ 1]提供的公式: 图 2 梁板双向约束 34 鉴定#维修#改造 2000. 85住宅科技6 Rx= - EE( t ) (1- chBx chB L 2 ) Sx = - CxEy( t ) BchB L 2 shBx , (0 [ x [ 3 8 L ) - CxEy( t ) BchB L 2 [ shBx- shB L 2 1- e L 8 (1- e( x- 3 8L )) ] , ( 3 8 L [ x [ L 2 ) 由上式可知, 板收缩受到约束后在板中 间位置产生的水平方向拉应力最大, 而距板 边 1 8 L 的位置产生的剪应力最大。当该区域 内正拉应力与剪应力的合力, 既斜拉应力大 于钢筋砼的抗拉强度时, 则会产生切角斜裂 缝。 3 工程实例 图 3 育德山庄等住宅楼屋面板裂缝关系 育德山庄某住宅楼是框架现浇钢筋砼结 构, 工程验收七个月后, 401户的边房天花, 即五层楼面边房的角柱位发现有切角斜裂 缝。经实地测量(图 3) , 裂缝距内墙边分别 为492mm 和 572mm, 基本在距板边 1 8 L 的位 置上,裂缝为上下贯穿,宽度为 0. 1~ 0. 2mm。 然而其他三个角位未见有裂缝。由于在标准 层受温度影响较小, 而且根据记录该层楼面 浇筑砼时的气温与出现裂缝时的温度相差不 大;墙体未见裂缝, 实测楼宇沉降只有 0. 5cm,而且没有出现不均匀沉降,因此不可能 是沉降裂缝; 受荷载出现裂缝的形式不是这 样的。很明显这是由于梁板砼不均匀收缩在 板内产生约束应力, 以及因变形受框架填充 墙约束而产生应力的共同作用而产生的。 按设计图纸以及正常规范施工验算如下: ( 1)计算纵向截面的水力半径。 r梁= L F = 0. 13cm[ - 1] r板= L F = 0. 2cm[ - 1] 同理横向截面的水力半径。 rc梁= 0. 13cm[ - 1] rc板= 0. 2cm[ - 1] (2)计算梁、板配筋率 (包括不同模量 比)。 Q梁= EgA g EsA s U0. 1 Q板= EgA g EsA s U0. 02 ( 3)梁、板砼收缩差。 根据文献[ 1]的资料, 可用下面指数函数 表达式进行收缩值计算。修正系数亦可由文 献[ 1]中查到。 Ey ( t )= Ey o ( M1M2 ,M10) ( 1- e- 0. 01t ) 式中 Ey( t ) ) 任意时间的收缩; t ) 由浇筑砼开始计算, 以天为单位, 记录可知,取 395天; Eyo= Ey ( ] ) ) 最终收缩量, 标准状态 下 Eyo= 3. 24 @ 10- 4; M1M2 ,M10 ) 考虑各种非标准条件 的修正系数。 M 1 ) 水泥品种为普通水泥,取 1. 0; M 2 ) 水泥细度为 4900孔, 取1. 35; M 3 ) 骨料为花岗岩,取 1. 0; M 4 ) 水灰比为 0. 53,取 1. 273; M 5 ) 水泥浆量为 0. 3,取 1. 45; M 6 ) 自然养护,取 1. 0; M 7 ) 环境相对湿度为 80% ,取 0. 7; M8 ) 水力半径倒数, 梁为 0. 13取 0. 832;板为 0. 2取 1. 0; M 9 ) 机械振捣,取 1. 0; 35 5住宅科技62000. 8 鉴定#维修#改造 M10 ) 配筋率 (包括不同模量比) , 梁 为0. 1,取 0. 76;板为 0. 02, 取 0. 944。 梁、板的砼收缩量为: Ey板 ( 395 天 ) = 3. 24 @ 10- 4 ( 1 - e- 0. 01@ 395) @ 1. 0 @ 1. 35 @ 1. 0 @ 1. 273 @ 1. 45 @ 1. 0 @ 0. 7 @ 1. 0 @ 0. 944 @ 1. 0= 5. 23 @ 10- 4 Ey梁 ( 395 天 ) = 3. 24 @ 10- 4 ( 1 - e - 0. 01@ 395 ) @ 1. 0 @ 1. 35 @ 1. 0 @ 1. 273 @ 1. 45 @ 1. 0 @ 0. 7 @ 0. 832 @ 0. 76= 3. 5 @ 10- 4 梁、板砼相对收缩量差: Ey板- Ey梁= ( 5. 23- 3. 5) @ 10- 4= 1. 73 @ 10- 4 (4)水平阻力系数取值(参考文献 [ 1]提 供数据取值)。 ¹框架填充墙与砼约束(楼板与梁上表 面浇在一起,上下受砖砌体约束)。 Cx= 0. 8N/ mm 3 º梁、板砼之间的约束。 Ccx= 1. 5N/mm3 ( 5)剪应力公式和主拉应力 根据文献[ 1]提供的修正后的剪应力公 式、主拉应力公式: S( x)max= CxEyshBx BchB L 2 H ( t) , R( x)max= EEy ( 1- chBx chB L 2 )H ( t ) ( x= 3 8 L ) , B= Cx HE H ( t) ) 考虑徐变引起的内力松驰系数, 平均取0. 5; Cx ) 水平阻力系数; L ) 板长 H ) 砼换算宽度,考虑到两侧对称约束, 当H < 0. 2L ,H = H ; 当 H > 0. 2L 时, 取 H = 0. 2L ; E ) 砼弹性模量, 取 2. 6 @ 104。 (6)计算 B值。 砖 ) 砼纵向: B1= 1. 85 @ 10- 4 砖 ) 砼横向: B2= 1. 99 @ 10- 4 板 ) 梁砼纵向: B3= 2. 53 @ 10- 4 板 ) 梁砼横向: B4= 2. 72 @ 10- 4 ( 7)计算框架填充墙对砼梁的双向剪应 力约束和该区域的正拉应力。 沿纵向, L = 4500mm: SÑ 1= CxEy梁shB1 38 L B1chB1 L 2 H ( t) = 0. 22MPa RÑ 1= EEy梁(1- chB1 3 8 L chB1 L 2 )H ( t ) = 0. 16MPa 沿横向, L = 3900mm: SÒ 1= CxEy梁shB2 38 L B2chB2 L 2 H ( t) = 0. 19MPa RÒ 1= EEy梁(1- chB2 3 8 L chB2 L 2 )H ( t ) = 0. 127MPa ( 8)计算梁、板砼不均匀收缩而产生的双 向剪应力约束和拉应力。 沿纵向, L = 4500mm: SÑ 2= CcxEy差shB3 38 L B3chB3 L 2 H ( t) = 0. 19MPa RÑ 2= EEy差(1- chB3 3 8 L chB3 L 2 )H ( t ) = 0. 14MPa 沿横向, L = 3900mm: SÒ 2= CcxEy差shB4 38 L B4chB4 L 2 H ( t) = 0. 17MPa 36 鉴定#维修#改造 2000. 85住宅科技6 RÒ 2= EEy差(1- chB4 3 8 L chB4 L 2 )H ( t ) = 0. 13MPa ( 9)楼板受到总剪应力和主拉应力。 沿纵向 SÑ = SÑ 1+ SÑ2= 0. 22+ 0. 19 = 0. 41MPa RÑ = RÑ 1+ RÑ2= 0. 16+ 0. 14 = 0. 3MPa 沿横向 SÒ = SÒ 1+ S Ò 2= 0. 19+ 0. 17 = 0. 36MPa RÒ = RÒ 1+ RÒ 2= 0. 127+ 0. 13 = 0. 257MPa ( 10)楼板所受到的斜拉应力, 即剪应力 与主拉应力的合力。 RÑmax= R2Ñ + S2Ñ = 0. 51MPa RÒ max= R2Ò + S2Ò = 0. 44MPa ( 11)计算钢筋砼板的极限拉伸, 按齐斯 克列里公式。 Epa= 0. 5R f (1+ Q d ) @ 10- 4 式中 R f ) 砼标准抗拉强度(长期) , R f = 1. 6MPa; Q) 配筋率, QU0. 25; d = 钢筋直径, 取 0. 8cm。 则: Epa= 1. 05 @ 10- 4 C20钢筋砼板总的抗拉应力为 [ R f] = EpaE = 2. 73MPa 抗裂系数 K= [ R f ] Rmax U 5. 35> 1. 15 满足抗裂条件。 按上述计算,正常情况下,按设计和施工 规范进行施工,对于一般住宅楼标准层可满 足抗切角斜裂缝的要求。这也符合大多数楼 板无出现切角斜裂缝的事实。但为什么在小 部分楼板的边角位发现切角斜裂缝呢? 我仔 细翻查了记录和原始资料, 询问了当时的施 工人员。经过分析, 原来问题出在施工过程 中,当时施工为了赶工期, 使用了早强型水 泥,并添加减水剂,而该型号减水剂对控制砼 收缩量是不利的;使用的砂为细砂, 而且砂、 石配比不准, 砂多石少;水灰比控制不当; 初 期养护 2天后立即进行上部工程;再加上当 时是在秋季施工,环境极其干燥。 综合上述不利因素, 重新考虑各种非标 准条件下的修正系数: M1= 1. 25,M 2= 1. 35, M3= 1. 0,M 4= 1. 62, M5= 2. 55, M6= 1. 11, M7= 1. 25,M 8= 0. 83(梁) / 1. 0(板) , M9= 1. 0, M10= 0. 76(梁) / 0. 944(板) 则修正后的砼收缩量: Ey板= 3. 24 @ 10- 4 @ ( 1- e- 0. 01@ 395) @ 1. 25 @ 1. 35 @ 1. 0 @ 1. 62 @ 2. 55 @ 1. 11 @ 1. 25 @ 1. 0 @ 1. 0 @ 0. 944= 29. 02 @ 10- 4 Ey梁= 3. 24 @ 10- 4 @ ( 1- e- 0. 01@ 395) @ 1. 25 @ 1. 35 @ 1. 0 @ 1. 62 @ 2. 55 @ 1. 11 @ 1. 25 @ 0. 83 @ 1. 0 @ 0. 76= 19. 39 @ 10- 4 Ey板- Ey梁= ( 29. 02- 19. 39) @ 10- 4 = 9. 63 @ 10- 4 修正后的剪应力和主拉应力: SÑ 1= 0. 8 @ 19. 39 @ 10- 4sh( 1. 85 @ 10- 4@ 3 8 @ 4500) 1. 85 @ 10- 4 @ ch( 1. 85 @ 10- 4 @ 1 2 @ 4500) @ 0. 5= 4. 2 @ 0. 29= 1. 22MPa RÑ 1= 2. 6 @ 104 @ 19. 39 @ 10- 4 @ ( 1- ch1. 85 @ 10- 4 @ 3 8 @ 4500 ch1. 85 @ 10- 4 @ 4500 2 ) @ 0. 5= 0. 89MPa SÒ 1= 0. 8 @ 19. 39 @ 10- 4 @ sh( 1. 99 @ 10- 4 @ 3 8 @ 3900) 1. 99 @ 10- 4@ ch( 1. 99 @ 10- 4 @ 1 2 @ 3900) @ 0. 5= 3. 96 @ 0. 27= 1. 07MPa RÒ 1= 2. 6 @ 104 @ 19. 39 @ 10- 4 @ ( 1- ch1. 99 @ 10- 4 @ 3 8 @ 3900 ch1. 99 @ 10- 4 @ 3900 2 ) @ 0. 5= 0. 7MPa 37 5住宅科技62000. 8 鉴定#维修#改造 SÑ 2= 1. 5 @ 9. 63 @ 10- 4 @ sh( 2. 53 @ 10- 4 @ 3 8 @ 4500) 2. 53 @ 10- 4 @ ch( 2. 53 @ 10- 4@ 1 2 @ 4500) @ 0. 5= 2. 84 @ 0. 38= 1. 08MPa RÑ 2= 2. 6 @ 104 @ 9. 63 @ 10- 4 @ ( 1- ch2. 53 @ 10- 4 @ 3 8 @ 4500 ch2. 53 @ 10- 4 @ 4500 2 ) @ 0. 5= 0. 78MPa SÒ 2= 1. 5 @ 9. 63 @ 10- 4 @ sh( 2. 72 @ 10- 4 @ 3 8 @ 3900) 2. 72 @ 10- 4 @ ch( 2. 72 @ 10- 4@ 1 2 @ 3900) @ 0. 5= 2. 64 @ 0. 36= 0. 95MPa RÒ 2= 2. 6 @ 104 @ 9. 63 @ 10- 4 @ ( 1- ch2. 72 @ 10- 4 @ 3 8 @ 3900 ch2. 72 @ 10- 4 @ 3900 2 ) @ 0. 5= 0. 72MPa 则沿纵向: SÑ = SÑ 1+ SÑ 2= 1. 22+ 1. 08= 2. 3MPa RÑ = RÑ 1+ RÑ 2= 0. 89+ 0. 78= 1. 67MPa 沿横向: SÒ = SÒ 1+ SÒ 2= 1. 07+ 0. 95= 2. 02MPa RÒ = RÒ 1+ RÒ 2= 0. 7+ 0. 72= 1. 42MPa 斜拉应力为: RÑmax= 2. 32+ 1. 672= 2. 84MPa RÒ max= 2. 022+ 1. 422= 2. 47MPa 则抗拉系数: K Ñ = [ R f]RÑ max = 2. 73 2. 84= 0. 96< 1. 15 K Ò = [ R f]RÒ max = 2. 73 2. 47 = 1. 1< 1. 15 不能满足抗裂要求。 由以上计算、分析可看出,施工不当和环 境因素变化对砼的收缩量影响极大, 最终会 导致裂缝的出现。同时亦可看出一块楼板中 在距板边 18 L 的区域最易受双向剪力约束而 产生切角裂缝。因此应在该区域适当增加放 射筋,以抵抗裂缝的出现。在本例中,为什么 只有一个角出现切角裂缝呢? 仔细分析可知 (图 4) ,出现裂缝的角位所配的板负筋最少, 而且两个边的板都不是连续板。负筋极易被 踩松、踩乱:负筋的长度只有 80cm长, 减去伸 入梁内的 20cm, 则只有 60cm,刚好在距板边 大约 1 8 L 的区域内无负筋到达。而在其余三 个角位都有双重负筋, 而且钢筋较粗、较密, 又不容易踩乱, 长度又足够长。这些都提高 了砼的抗拉强度。 图 4 楼板配筋图 根据齐斯克列里公式: Epa= 0. 5R f( 1+ Q d ) 10 - 4 可知,在无出现裂缝的角位,砼的配筋率 为: Q= 50. 24A0. 2+ 50. 24A0. 15 100 @ 1000 @ 100 U0. 59 则 Epa= 0. 5 @ 1. 6 @ ( 1+ 0. 590. 8 ) @ 10- 4 = 1. 39 @ 10- 4 [ R f] = EpaE = 1. 39 @ 10- 4 @ 2. 6 @ 10- 4 = 3. 61MPa 抗裂系数为: K Ñ = [ R f]RÑ max = 3. 61 2. 84 = 1. 27> 1. 15 K Ò = [ R f]RÒ max = 3. 61 2. 47 = 1. 46> 1. 15 都可以满足抗裂要求。 由上述计算可知, 在切角裂缝易出现的 位置适当地增加板负筋或放置放射筋, 可大 38 鉴定#维修#改造 2000. 85住宅科技6 大提高砼的抗拉强度。但钢筋长度必需足够 长,而且放置的位置要正确,施工中要注意不 能踩乱。 4 结论 综合上述计算和分析,要想避免切角斜 裂缝,必须从施工方面入手,严格按设计要求 及施工规范施工,在材料的选配上要考虑对 砼的收缩是否有影响;在环境不利的情况下, 要注意养护。同时在设计方面可适当在容易 出现裂缝的角位增加负筋的数量和长度或增 置放射筋。对于已出现的裂缝,由于自浇筑 起已经过较长的时间, 计算表明收缩量已基 本达到 98% ,估计裂缝不会继续扩大。应采 用补救的办法:凿开地表砂浆直到钢筋砼,并 凿V型槽, 再用水冲洗干净后铺上一层 2. 5mm的铁丝网, 用 C25 的细石砼浇筑。如果 裂缝是出现在屋面,则更加要作好防水处理。 上例中的裂缝经过处理后,经 3个月后观察, 未见裂缝再出现。 参考文献 1 王铁梦. 工程结构裂缝控制. 中国建筑工业出版社, 1997. (收稿日期: 2000- 07- 10) 环境心理与物业管理 刘云腾 (上海对外贸易学院 200335) 摘要 从环境心理学的角度, 对环境的某些方面 ) ) ) 空间、建筑、居住环境以及 居住环境质量等方面进行分析,探讨环境对在都市里生活的人们的心理和行为的影 响,并对/入世0后人们对居住环境的需求进行了分析。 关键词 环境心理 居住环境质量 物业管理 环境是近年来人们最关心的问题之一。 随着人工环境的增加, 人类失去了更多的自 然环境,这对生活在都市里的人们的心理和 行为产生了巨大的影响。特别是中国加入 WTO后异国文化对中国的渗透,新的居住理 念将使人们对自己的生存条件产生更高的要 求。这一切,都提醒我们应对环境心理加强 研究。 1 环境心理学的形成 环境心理学是一门研究环境与人类心 理、行为空间相互关系的学科,其目的是了解 个体行为和环境相互作用, 进而利用和改造 人类环境, 以解决各种由环境而产生的人类 问题。 第一个考虑物质环境的心理学理论是勒 温( K#Lewin)的/场论0。该理论认为, 从外界 来的力量会达到人的意识之中并影响到人的 心理过程, 勒温把这个研究领域称为心理生 态学。另一位心理学家布伦斯威克 ( E# Brunswink)则认为物质环境可以在没有意识 到的情况下影响我们, 尽管我们没有意识到 这种影响,但它的确存在。因此,心理学应研 究比一般意义下的环境刺激更广泛的环境。 1934年,布伦斯威克开始使用/环境心理学0 这一术语。但是, 勒温和布伦斯威克都没有 对环境心理进行过实验性研究。 1947年,勒温的两个学生巴克( R#Bark- er)和赖特(H#Wright)继续了心理生态学的研 究工作(后改称为生态心理学)。有人认为, 巴克和赖特是在环境心理学正式出现之前比 39 5住宅科技62000. 8 管 理