维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第２期 工程抗震与加固改造 Ｖ０】．２９．Ｎｏ．２ ２００７年４月 Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ Ａｐｒ．２００７ ［文章编号］１００２．８４１２｛２００７）０２．００６３．０３ 框架剪力墙结构楼板裂缝分析 陈国斌 ，韩素容 ，赵晓明 （１．北京崇裕房地产开发有限公司；２．惠州市建筑科技设计研究院；３．中国建筑设计咨询公司） ［摘要】本文针对框架剪力墙结构楼板产生的裂缝，考虑相关荷载作用，采用有限元方法进行分析，得出裂缝成因，并为今 后防止和减少类似裂缝的产生和发展从设计方面的结构构件布局、配筋形式等方面提供理论借鉴。 ［关键词］框架剪力墙结构；裂缝；温度荷载；结构布局；配筋形式；有限元 ［中图分类号］ＴＵ３９８ ．２ ［文献标识码］ Ａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｒａｃｋ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｒａｍｅ—ｓｈｅａｒｗａｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｌｏｏｒ Ｃｈｅｎ Ｇｕｏ－ｂｉｎ，Ｈａｎ Ｓｕ－ｒｏｎｇ，Ｚｈａｏ Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｉｍｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｏｆ ｆｒａｍｅ—ｓｈｅａｒｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｌｏｏｒ．Ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｏｒ ｅｍｅｋ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｗｉｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｌｏａｄｓ．Ａｎｄ ｓｏｍｅ ｔｈｅｏｒｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｌａｙｏｕ ａｎｄ ｒｅｆｏｒｃｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｆｏｒｍ ｔｏ ａｖｏｉｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｒｅａｋ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒａｍｅ—ｓｈｅａｒｗａｌｌ ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ；ｃｒａｃｋ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｏａｄ；ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ ｌａｙｏｕｔ；ｍｉｎｆｏｒｅｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｆｏｒｍ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ １ 引言 造完毕。建筑平面近似呈“ｚ”形，总长７５．６ｍ，总宽 近年来，在进行结构鉴定工作中接触了不少不 ３７ｍ，总高４５．６ｍ，建筑面积约为１７３００ｒｎ２。结构平面 同结构形式的建筑物产生的各种各样的裂缝，有的 及标准层裂缝分布见图１，其中在纵轴Ｌ和Ｍ之间 是结构裂缝，将影响结构的安全性，有的是非结构裂 设置净距为ｌＯＯｍｍ的变形缝将该建筑分为两部分。 缝，虽然不直接影响结构安全，但影响使用性与耐久 该综合实验楼基础采用天然基础，地基承载力为 性，更多的情况是影响业主的使用心理。因而如果 １５０ＫＰａ。该建筑结构安全等级为二级。其重要性系 我们能真正分析这些裂缝产生的原因，并从拟建建 数），＝１．０，该建筑位于地震烈度区划图的８度区， 筑开始，从设计方面（包括结构布局、构件位置、配筋 框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。 方式等）就开始注重结构裂缝有可能产生的部位，从 该建筑一直正常使用至今，现在业主进行重新 设计方案开始就做相应的调整，并且在施工中注意 装修时，发现几乎每层东西侧楼板上部都有明显的 严格按照技术要求把关，将使这些建筑物中裂缝的 近４５。斜裂缝（地板装修为木地板加地毯，使用期间 产生以及发展大大减少。本文仅讨论了框架剪力墙 无法发现），个别细微裂缝延伸至钢筋混凝土剪力墙 结构中楼板较为严重的裂缝形式，并将在以后的文 上。 章中陆续讨论其它结构形式的建筑裂缝。 ２．２现场调查 ２实例分析 现场调查发现，该建筑近似呈“ｚ”形，但总体东 ２．１ 工程概况 西向较长，南北向较短，为钢筋混凝土框架一剪力墙 某综合实验楼，结构形式为钢筋混凝土框架一 结构，结构构件布置及标准层裂缝分布见图１，从图 剪力墙，其中地下部分一层，地上部分为１２层。该 中可以看出，该结构框架分布在中间部位，剪力墙则 建筑于１９８８年完成设计，约上世纪９Ｏ年代初期建 位于“ｚ”形结构两南北段的东西两侧端部。中间设 置变形缝。该建筑地下一层为箱形基础形成的地下 ［收稿日期］２００６－１１．３０ 室，层高４ｍ；地上部分共１２层，最大柱网为７．２ｍ× 维普资讯 http://www.cqvip.com 工程抗震与加固改造 ２００７年４月 ７．２ｍ，框架柱截面尺寸多数为６００ｒａｍ×６００ｒａｍ、框架 梁截面尺寸多数为３００ｍｍ×７００ｍｍ，剪力墙厚度在 四层及以下为３００ｍｍ、四层以上为２５０ｒａｍ。钢筋混 凝土强度等级三层及以下为Ｃ３０、三层以上为Ｃ２５。 填充墙分别为砖和加气混凝土砌块两种形式，并均 有拉结筋与框架柱连接。 经现场观察，该建筑裂缝主要出现在以下部位 （详见图１）： ｌ ｉ＿ 用土 陵 一．．． 一…。。『¨。丌 ，．． —． 。。． ， ．…．． 、 ＝ｉ ｉ ｒ］ ｉ ｉ・・。。・ §叫 一 一 王 。 １Ｊ 一一 ７ 【 一ｉ… 』一．１ｌ。ｊ１。— ’ ｜。 Ｌ．一Ｊ｝ｉ ｉ Ｅ ： 、 ’ＵＩ Ｉ ｌ ： —ｒ－－一 一 ｒ一二一干—二～干…二＿— ；一Ｔ．…二… 一 、ｊ ｉｌ 量一ｕｉ一上Ｕ一 …ｆ』、 ｆ』、 ｆｉ、 点 ｆｌ、 ｆ』、 ， ｄ 图ｌ标准层裂缝分布示意图 （１）２～３轴的Ｅ～Ｈ之间与Ｊ～Ｋ之间西端的楼 板面，裂缝形式为西北角与西南角沿大约４５。斜线形 剪力墙，但剪力墙缝宽较小，在０．３ｍｍ以下；其余裂 缝分布基本均在东西两端沿南北走向的板面。 ２．３裂缝产生原因分析 根据现场调查结果，得知较严重裂缝均分布在 建筑物各段东西外围角部约沿４５。方向的板面。下 式，缝宽最大达到２ｍｍ，范围约占半个柱距，从一层 至十二层基本均有，个别楼板裂缝延伸至钢筋混凝 土剪力墙，但墙上裂缝较细微，缝宽最大约０．３ｍｍ； （２）６～８轴的Ｅ～Ｈ之间东端的楼板面，裂缝形 式为东南角沿大约４５。斜线形式，缝宽与范围与上述 １基本相同； （３）８～１０轴的Ｐ～Ｑ之间西端的楼板面，裂缝 形式为西北角沿大约４５。斜线形式，缝宽与范围与上 述１基本相同； （４）ｌ７～２０轴的Ｍ～Ｎ之间与Ｐ～Ｑ之间东端 的楼板面，裂缝形式为东北角与东南角沿大约４５。斜 线形式，缝宽与范围与上述１基本相同； （５）另外在一些层的５～６轴、ｌ３～ｌ５轴、ｌ５～ｌ７ 轴之间的楼板面有南北走向的裂缝，裂宽最大达到 ２ｍｍ。 面分别从结构布置与楼板承载力有限元分析方面对 裂缝产生的原因进行分析。 从结构竣工图可以看出，该框架一剪力墙结构 的框架位于结构中部，大片剪力墙分别在建筑物外 围的各个角部，也正是现场调查得知的裂缝较严重 的部位。对于框架一剪力墙结构，也正是由于大片 剪力墙分布于建筑的外围，温度荷载不容忽视。 下面采用计算程序ＳＡＰ２０００取标准层建模对楼 板进行包括温度荷载作用下的静力有限元分析。主 要考虑的荷载为：自重恒载（３．５ｋＮ／Ｈｌ２）、活载 （５．０ｋＮ／Ｈｌ２）、温度荷载考虑５０摄氏度的温度变化 （北方地区）等。 图２为温度荷载作用下楼板面的应力分析结 果，由图中可以看出，考虑温度荷载变化后楼板面的 综合上述裂缝，有如下特点：较严重的裂缝均分 布在建筑物西北、西南和东北、东南角约沿４５。方向 的钢筋混凝土楼板面，而此处正是结构大片剪力墙 应力分布，在该建筑物角部板面混凝土沿４５。方向拉 应力较大，因而，在多数层的角部会出现４５。斜裂缝； 所在部位，缝宽最大达２ｍｍ，并且有少数裂缝延伸至 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第２期 陈国斌，等：框架剪力墙结构楼板裂缝分析 要分布在建筑外围，以减少温度裂缝，如果有特殊原 因必须放置在外围，应在楼板以及与其相连的剪力 墙中适当增加配筋，以抵御温度荷载引起的裂缝。 其实即使是砖混结构、纯剪力墙结构等也应该考虑 温度荷载的影响，防止和减少类似裂缝的产生和发 展，防患于未然，减少不必要的纠纷和人力、财力的 浪费。 图２温度荷载作用下板面应力图（一） 另外由图２可看出，中间板面在东西向拉应力也较 大，因而该处板面会有南北走向通长的裂缝。现在 多数结构设计人员在进行类似常规结构设计时不考 虑温度荷载的作用，但从以上实例分析可以看出，类 似大片剪力墙分布在建筑外围时温度荷载不容忽 视。其实从以上分析中可知，如果该结构对设计布 局加以调整，把大片剪力墙设置在建筑的中间部位， 图３温度荷载作用下板面应力图（二） 这些温度裂缝将明显减少（图３即为把剪力墙调整 参考文献： 到建筑中部位置得出的温度荷载下的板面应力图， ［１］李惠强．建筑结构诊断鉴定与加固修复［Ｍ］．武汉：华 从中可看出板面应力分布比较均匀，无太大拉应力 中科技大学出版社，２００２ 区域）；另外，如果即使结构布局不变，在设计楼板配 ［２］王济川．建筑物的检测与抗震鉴定［Ｍ］．长沙：湖南大 筋时，在这些楼板角部的板面适当设置角筋、其它板 学出版社，２００２ 面设置负筋，以承担温度荷载在板面产生的拉应力， ［３］唐业清，万墨林主编．建筑物改造与病害处理［Ｍ］．北 京：中国建筑工业出版社，２０００ 也能有效地防止和减少温度变化产生的裂缝。 ［４］ＧＢＪ９—８７，建筑结构荷载规范［ｓ］． ３结论 ［５］ＧＢＪＩＯ一８９，混凝土结构设计规范［ｓ］． 由以上分析得知，框架一剪力墙结构在进行结 ［６］王铁梦．建筑物的裂缝控制［Ｍ］．上海：上海科技出版 构初步设计时应考虑到大片剪力墙的位置，尽量不 社，１９８７ （上接第５８页） 参考文献： ５结语 ［１］ 国家标准．《先张法预应力混凝土管桩｝（ＧＢ１３４７６．１９９９） 本文是在“规程”、“图集”编制组收集的资料和 ［２］ 国家建筑标准设计图集：《预应力混凝土管桩》（建材行 有关专家研究成果的基础上，结合作者自己主持的 业０３ＳＧ４０９） 试验研究结果，总结、整理而成。借此机会，对文中 ［３］ 阮起楠著．预应力混凝土管桩［Ｍ］．中国建材工业出版 社，２０００ 所引用成果的各位专家、学者一并表示感谢。鉴于 ［４］ 日本工业标准ＪＩＳ Ａ５３３７：１９９５（（先张法预应力离心混凝 作者水平，文中定有谬误之处，希望本文起到抛砖引 土管桩》 玉的作用，诚望广大专家来共同讨论，并对本文提出 ［５］ 张志强．昆明“湖畔之梦”项目中混凝土管桩的首次引 批评、指正。 进与工程实践 ［６］ 饶国强．先张法预应力混凝土管桩桩身力学性能计算 【作者简介］ 郭秦渭（ｆ９６１～），男，陕西人，高级工程师，国家一级注册岩土工程师