劉 翔，王康昊，鐘釗生

（深圳市華陽國際工程設(shè)計股份有限公司廣州分公司 廣州510010）

關(guān)鍵字：拉縫墻；構(gòu)造墻；裝配式建筑；拉縫板

1 概述

鋁模具有施工質(zhì)量可靠、重量輕、加工簡單、可重復使用等優(yōu)點。同時爬架有效率高、施工環(huán)境好等特點［1］。采用鋁模加爬架的施工方式在有效地提高施工質(zhì)量和縮短施工工期的同時，也更加綠色環(huán)保，是國家促進新型工業(yè)化建筑的有力手段之一［2］。

然而爬架往上層爬升后，下部外圍結(jié)構(gòu)將無繼續(xù)施工的工作面，因此采用爬架的建筑傳統(tǒng)外圍護墻及外立面一些裝飾線條的做法需配合二次爬架、懸挑腳手架或局部滿堂腳手架等措施方可實現(xiàn)。對于高層建筑而言，采用這些額外措施會增加工期及造價，無法發(fā)揮爬架的優(yōu)勢。由于現(xiàn)澆混凝土防滲漏性好的特點，結(jié)合爬架，較多項目的原砌筑外墻及建筑線條改為了與主體一次澆筑［3］。這些一次澆筑的混凝土構(gòu)件，截面尺寸、構(gòu)件剛度較大，對結(jié)構(gòu)受力影響較為明顯［4］，為了降低對主體結(jié)構(gòu)的影響，目前設(shè)計上大量采用拉縫板來隔離主體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造外墻［5，6］。

2 常規(guī)拉縫做法

目前行業(yè)常規(guī)的拉縫作法有如下2 個特點:①非結(jié)構(gòu)計算需要的混凝土外墻按荷載輸入模型；②連梁仍按常規(guī)梁截面輸入計算?，F(xiàn)場安裝情況如圖1 所示，白色位置采用UPVC拉縫板，一般采用左、右、下三邊拉縫與主體剪力墻隔開?；炷翝仓r拉縫板左右側(cè)的液面難以同步上升，因此一定存在拉縫板兩側(cè)受力不均的情況，壓力差會擠壓拉縫板導致?lián)p壞。部分設(shè)計為了完全隔離對主體結(jié)構(gòu)的影響，采用了上下左右四邊拉縫，構(gòu)造外墻完全形成了封閉空間，內(nèi)側(cè)混凝土無法澆筑。按照目前設(shè)計來看，三邊拉縫施工困難，而四邊拉縫則完全無法實施。

圖1 構(gòu)造外墻現(xiàn)場照片及做法示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Site Photos and Practices For Concrete Exterior Walls

3 項目案例

3.1 案例1

某項目設(shè)計時部分外墻采用了構(gòu)造外墻，如圖2所示。建造過程中巡場發(fā)現(xiàn):構(gòu)造墻位置的梁底2～7層出現(xiàn)較多裂縫，裂縫寬度由下往上逐漸收窄。經(jīng)了解是由于現(xiàn)場拉縫板安裝困難，墻體四周均未安裝拉縫板。圖3 為裂縫照片，根據(jù)經(jīng)驗判斷產(chǎn)生此裂縫的原因為:混凝土梁原本設(shè)計僅承擔本層豎向荷載，由于未設(shè)置拉縫板轉(zhuǎn)變?yōu)槌袚喜慷鄠€樓層的豎向荷載，而原配筋又未按轉(zhuǎn)換梁考慮，因此受彎不足而開裂。

圖2 局部結(jié)構(gòu)布置Fig.2 Layout of the Partial Structure

圖3 二層梁裂縫Fig.3 Cracks of the Beam on the Second Floor

3.2 案例2

某項目的設(shè)計將對客廳分戶位置外墻采用了拉縫構(gòu)造外墻做法，如圖4 所示。但現(xiàn)場巡場時發(fā)現(xiàn)墻底下端也未安裝拉縫板，且第2～3 層構(gòu)造墻下的梁底有部分裂縫，裂縫寬度由下往上逐漸收窄。圖5 為裂縫照片，位于跨中的均垂直于梁的豎向裂縫，按經(jīng)驗上判斷應(yīng)為受彎開裂。后將剪力墻建入模型計算發(fā)現(xiàn)，二層梁縱向鋼筋計算結(jié)果為原配筋的5倍。

圖4 局部構(gòu)造外墻布置Fig.4 Layout of the Partial Configuration Exterior Wall

圖5 二層裂縫位置Fig.5 Location of the Crack on the Second Floor

綜上所述，拉縫構(gòu)造混凝土墻由于施工復雜，且安裝質(zhì)量較難控制，大量項目反饋現(xiàn)場均未按設(shè)計要求設(shè)置拉縫板，因而此做法已經(jīng)漸漸成為僅“辦公室拉縫”，此時應(yīng)當反思設(shè)計上是否合理。較多裂縫質(zhì)量問題的出現(xiàn)，也印證了“辦公室拉縫”的問題所在，所謂構(gòu)造外墻引起結(jié)構(gòu)的安全性問題已經(jīng)不容忽視。

4 受力分析

4.1 構(gòu)造外墻

為了充分了解構(gòu)造外墻引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化，采用盈建科對單榀框架（見圖6a）及單榀聯(lián)肢墻（見圖6b）進行簡單分析，考慮三邊拉縫但頂部不拉縫的情況，此時頂部與梁仍現(xiàn)澆在一起，梁的截面由原550 mm，變?yōu)檎麑痈撸? 000 mm），考慮一定水平力（500 kN）作用下梁的內(nèi)力變化。

圖6 結(jié)構(gòu)布置Fig.6 Structrual Layout

由表1 可知，由于構(gòu)造墻直接與梁現(xiàn)澆，在水平地震作用下梁的剛度增大，導致單榀框架中框架梁的彎矩增加52%，剪力增加約60%；聯(lián)肢墻連梁的彎矩增加約90%，剪力增加約61%。這個簡單算例表明:若采用構(gòu)造外墻，在水平力作用下，框架梁（或連梁）存在抗彎、抗剪承載力不足的問題，在標準風壓或者地震作用下存在較大的安全隱患。

表1 構(gòu)造墻內(nèi)力變化Tab.1 Variation of Internal Force of Configuration Wall

4.2 “辦公室拉縫”

由于較多設(shè)計采用構(gòu)造外墻，而現(xiàn)場又未實施，因此繼續(xù)對未實施拉縫板的“辦公室拉縫”進行受力分析。圖7 為廣州市番禺區(qū)某33 層高層住宅局部結(jié)構(gòu)布置，圖7中示意位置的約有5 m 長的外墻，對于結(jié)構(gòu)計算并非必要。對以下3種方案進行對比:①模型1為現(xiàn)常規(guī)設(shè)計，構(gòu)造墻按荷載輸入模型；②模型2為拉縫墻計算模型，相應(yīng)連梁考慮外墻的剛度影響；③模型3 為剪力墻模型，構(gòu)造墻按剪力墻輸入模型。經(jīng)計算后，分別提取相應(yīng)連梁和剪力墻的內(nèi)力進行對比，如表2、表3所示。

圖7 構(gòu)造外墻位置Fig.7 Location of the Configuration Exterior Wall

表2 三層連梁LL1內(nèi)力對比Tab.2 Comparison of Internal Force of the Coupling Beam（LL1）on the Third Floor

由表2可知相對于常規(guī)模型，采用拉縫做法后:

⑴恒載作用下，相應(yīng)連梁的2號位置彎矩增大了378%，剪力增加76%。

⑵水平力作用下，連梁彎矩增大216%，剪力增大110%。

⑶若現(xiàn)場未施工拉縫板，在水平地震作用下，相應(yīng)連梁彎矩增大400%，剪力增大570%。

拉縫墻不僅對相應(yīng)連梁影響較大，也對相對應(yīng)的剪力墻產(chǎn)生較大影響，表3 給出了X 向地震作用下采用拉縫做法后剪力墻Q1的內(nèi)力變化。

表3 X向地震作用下首層Q1內(nèi)力對比Tab.3 Comparison of Internal Force of The First Floor under X-direction Seismic Force

由表3可知相對于常規(guī)模型，采用拉縫做法后:

⑴相對于常規(guī)模型，采用拉縫做法后，水平地震作用下，剪力墻Q1的彎矩增加39%，剪力增加15%。

⑵但若現(xiàn)場未實施拉縫板，剪力墻Q1 的彎矩會增加318%，剪力會增加142%。

⑶雖然Q2 剪力墻很長，但內(nèi)力增量非常大，對其仍有一定的影響。

由上分析可知:采用構(gòu)造外墻后，連梁彎矩、剪力增加顯著，將導致相關(guān)構(gòu)件的抗彎和抗剪承載力不足。且影響結(jié)構(gòu)整體剛度以及水平力在各墻體間的分配，部分剪力墻設(shè)計偏于不安全；如設(shè)計按拉縫而現(xiàn)場不實施，相應(yīng)的墻肢及連梁內(nèi)力增加非常顯著，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全。

5 拉縫板

現(xiàn)市場上的構(gòu)造外墻用拉縫板一般采用UPVC材料，其有著耐腐蝕強、質(zhì)量輕的優(yōu)點，但其也有不耐高溫（約60 ℃），不能承受沖擊的缺點。根據(jù)《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材:GB/T 5836.1-2018》［7］，其強度約為鋼管的1/4，為50～80 MPa。材料本身可以在-15～60 ℃之間工作，超過60 ℃機械性能顯著下降。

首先，夏天在太陽照射下，外墻墻面溫度處于50 ℃以上較為常見，最高甚至可達80 ℃以上［8］。這時拉縫板材料本身已經(jīng)處于機械性能下降顯著的溫度區(qū)間。

PVC物理特性如下:抗拉強度約為50～80 MPa，取70 MPa；根據(jù)第4 強度理論［9，10］，最大容許剪應(yīng)力約為正應(yīng)力的0.58 倍，因此容許剪應(yīng)力約為:70×0.58=40 MPa；彈性模量為2 900～3 400 MPa，取3 000 MPa；剪變模量:G=E/2（1+υ）=3 000/2（1+0.32）=1 136 MPa。

對于30 mm 高的拉縫板，層間位移角為1/1 000時，相對變形δ =3 000/1 000=3 mm，切變角γ =δ/30=3/30=0.1；剪應(yīng)力τ =Gγ =1 136×0.1=113.6 MPa，遠大于其剪切強度。

左右側(cè)圈出位置拉壓應(yīng)變?yōu)?σ =3/30=0.1；拉壓應(yīng)力s=Eσ=3 000×0.1=300 MPa。遠大于其抗拉、抗壓強度。構(gòu)造墻水平力下變形示意如圖8所示。

圖8 構(gòu)造墻水平力下變形示意圖Fig.8 Deformation of the Configuration Wall under Horizontal Force

由計算可知:拉縫板在水平力標準值作用下會普遍損壞。拉縫板的損壞也意味著防水性能的急劇下降。因此UPVC 做的拉縫材料有著先天材料及后天受力上的不足，不宜單獨作為主體結(jié)構(gòu)上的拉縫板使用。

6 經(jīng)濟性

目前在工程界普遍認為將外圍護混凝土外墻作為剪力墻計算會比拉縫構(gòu)造外墻增加成本，對此本文對1棟33層的高層住宅進行了經(jīng)濟性分析。對圖9中云線位置將剪力墻修改為構(gòu)造墻，對比用鋼量。由表4 可知，構(gòu)造墻模型的墻體及梁單位面積用鋼量與全剪力外墻幾乎持平，且構(gòu)造墻方案還未考慮拉縫板UPVC材料造價及施工工序增加的成本。

圖9 取消局部剪力墻示意圖Fig.9 Cancellation of the Partial Sheer Wall

表4 兩種方案鋼筋含量比選 （kg/m2）Tab.4 Rebar Content of Two Schemes

分析其原因，拉縫后構(gòu)造墻兩側(cè)會增加2 個邊緣構(gòu)件以及上部會增加1條連梁，因此拉縫做法下的墻、梁的鋼筋量會有所增加。全剪外墻做法時，構(gòu)造墻位置為墻體分布筋位置，用鋼量構(gòu)造墻用鋼量幾乎一致，卻節(jié)省2個邊緣構(gòu)件及1條連梁的用鋼量，因此相對更省，且施工更為方便，受力更為合理。

7 結(jié)論

構(gòu)造外墻雖然滿足了鋁模加爬架的施工需要，但對結(jié)構(gòu)有較大的不利影響。經(jīng)過前述分析，其不利影響主要表現(xiàn)在:

⑴構(gòu)造墻位置的剛度增加，影響結(jié)構(gòu)水平力在各豎向荷載間的分配，部分剪力墻設(shè)計偏于不安全。

⑵采用構(gòu)造外墻后，連梁彎矩、剪力增加顯著，將導致相關(guān)構(gòu)件的抗彎和抗剪承載力不足。

⑶如設(shè)計按拉縫而現(xiàn)場不實施，相應(yīng)的墻肢及連梁內(nèi)力增加非常顯著，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全。

⑷拉縫板在水平力標準值作用下會普遍損壞，降低外墻防水性能。

建議優(yōu)先采用全剪外墻，將所有外墻按實際建入模型計算，參與受力，結(jié)構(gòu)安全更有保障，建筑防水也可靠。