齊常軍 楊玨 金立贊
(國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心/中冶建筑研究總院(上海)有限公司200433)
[摘要] 本文對某剪力墻高層住宅在施工期間部分剪力墻墻體因施工原因產生的偏移和變形進行了檢測,對剪力墻偏移變形前后的內力變化進行了比較分析,對剪力墻偏移變形對主體結構及構件自身的影響進行了分析。
[關鍵詞] 高層剪力墻結構;剪力墻偏移變形;內力變化分析
Inspects, supervises and appraises displacement and deformation of shear walls
in high-rise caused during construction period
Qi changjun Yang jue Jin lizan
(East China Branch of Central Research Institute of Building and Construction Co., Ltd., MCC Group 200433)
Abstract:This article carries out inspection and supervision to displacement and deformation of shear walls in highrise caused by construction reasons during construction period, compares and analyzes difference of internal forces of shear wall before and after displacement and deformation, analyzes influence to main structure and members caused by displacement and deformation of shear wall .
Key Words: shear wall structure of high-rise, displacement and deformation of shear wall, analysis to difference of internal forces
1. 工程概況
某在建高層住宅,為鋼筋混凝土剪力墻結構,基礎形式采用鋼筋混凝土墻下筏板基礎,房屋設計為地下2層,地上18層,機房二層,地上主體建筑總高度為52.2m。地下室為住宅附屬儲藏室,地上部分為住宅樓。房屋平面布置參見圖1。
房屋于2012年9月開工建設,至2013年5月施工至十層結構,發現已施工完成部分剪力墻結構存在明顯施工偏差,已澆筑完畢豎向構件出現垂直度、平整度不符合規范要求等現象,部分構件存在扭轉現象。
根據《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204-2002(2011修訂版)第8章現澆結構分項工程8.3節尺寸偏差中表8.3.2-1中內容,對現澆結構拆模后的尺寸偏差的要求,剪力墻軸線位置規范允許偏差為5mm;當層高小于等于5m時,剪力墻垂直度規范允許偏差為8mm,當層高大于5m時,剪力墻垂直度規范允許偏差為10mm。經現場施工單位初步測量,已澆筑完剪力墻的軸線偏差數值和垂直度數值超過規范允許值,部分剪力墻偏差數值與規范允許值相差較大,對房屋的建筑功能使用、結構的受力性能和整體安全性存在一定的影響,故,停止施工進行處理。
2. 檢測重點內容
根據現場初步測量的實際數據,經與業主方、管理方、監理方和設計方多方溝通,確定本次檢測工作的主要內容,除了常規鑒定評估檢測項目所需的必要的測量、測試檢查之外,重點檢測工作內容是調查、了解房屋設計、施工等的相關資料和過程,對資料進行分析和判斷,分析出現此種工程質量事故的原因。重點檢測工作內容是根據測量控制線復核各層軸線定位尺寸,為后續上層結構施工提供依據。重點檢測工作內容是對負二層至八層施工完畢的剪力墻構件進行定位偏差、垂直度以及平整度測量,以確定剪力墻的變形偏移方向和程度。
對現場檢測數據進行處理、分析,依照實測結構構件狀態,按未來使用條件進行有限元計算分析,并對典型構件進行復核驗算,根據綜合分析結果提出現有結構安全鑒定結論,并給出相應的加固處理意見。
3.
剪力墻變形偏移檢測方法
結合現場實際情況,采用全站儀、經緯儀、激光測距儀、紅外激光水平儀和鋼尺、靠尺等儀器設備對剪力墻進行變形、偏移測量。

現場采用全站儀、垂直儀根據底層的兩縱一橫控制線布設和復核了各層測量控制線和主要軸線,確保現場測量測試的基準線是正確的。
根據現場測量控制網,布設待測剪力墻構件的軸線,把待測剪力墻構件軸線向一側平移一定距離,利用紅外激光水平儀布設一個穿過該條平移軸線的鉛垂面,利用鋼尺分別測量待測剪力墻表面至該鉛垂面的垂直距離并記錄數據。根據現場待測剪力墻實際布置和長度選擇剪力墻兩端或者兩端和中點作為測量點,分別測量每一點處頂部、中部、底部到偏移軸線鉛垂面的垂直距離并記錄原始數據。
現場實測原始數據與軸線偏移值之差的絕對值即為測量點各部位的偏移值,最終形成變形偏移數據成果時,規定向X軸、Y軸正向偏移為正值,向X軸、Y軸負向偏移為負值。
對實測數據進行處理、分析即可判斷被測剪力墻相對原設計軸線水平偏移方向和偏移程度,并且也可知被測剪力墻豎向傾斜、彎曲的方向和程度。
4. 現場檢測情況
4.1 設計、施工程序
經現場調查了解,該項目建筑、結構等各專業圖紙資料完整,開工手續完備,地基驗槽和施工過程中的隱蔽工程驗收資料齊全,按照要求進行了施工過程中的
沉降觀測記錄,結構施工中主要材料鋼筋和混凝土均按要求留樣送檢,并取得了合格的檢測報告,施工程序符合相關規范要求。
經了解,施工過程中由于施工隊伍技術水平參差不齊,部分施工隊伍墻體模板施工時未按要求設置斜撐和水平撐,未設置縱橫向掃地桿,并且模板拼縫處未加設背楞木方,導致剪力墻在澆筑混凝土時產生變形偏移。
4.2 現場復核測量
現場采用全站儀、垂直儀根據底層的兩縱一橫控制線復核了各層的測量控制線和軸線,經復核測量測繪,房屋上部各層測量控制線基本與底層測量控制線一致,部分樓層測量控制線與底層測量控制線稍有偏差,測量最大平移偏差為3mm。
現場采用激光測距儀和鋼尺根據各層的測量控制線對各層的軸線尺寸進行了復核,經復核測量,房屋各層軸線與原設計圖紙基本一致。房屋為現澆混凝土剪力墻結構,主要承重構件為現澆混凝土剪力墻、連梁和現澆板,經現場實測主要受力構件布置和截面尺寸與設計圖紙基本一致,剪力墻雖有變形偏移,但剪力墻厚度除局部脹模外基本與設計一致。
經現場實測,構件混凝土強度和構件鋼筋配置均與原設計一致,混凝土保護層厚度在規范要求范圍之內。
4.3 剪力墻變形偏移測量
根據現場實際情況,底部一層、二層剪力墻普遍變形偏移較大,對一層、二層具備檢查、測量條件的剪力墻構件全數進行檢查、測量,對負二層、負一層和三層至八層東西兩端及中部樓梯、電梯位置偏移、傾斜變形較大的剪力墻構件全數進行檢查、測量。
經現場檢查測量,對測量數據進行處理、分析,發現每堵剪力墻構件實測的幾組數據,每一個測量點的上中下三個數據基本都不相同,并且沒有規律性,這表明該堵剪力墻在該處豎向存在不同程度的傾斜、彎曲或翹曲;每堵剪力墻各測量點在同一高度的測量數據基本都不相同,并且沒有規律性,這表明該堵剪力墻在平面上存在偏移、扭轉或彎曲。剪力墻變形偏移數據測量結果樣式見圖2。

經現場檢查測量,對測量數據進行處理、分析,該項目共測得943組樣本數據,其中剪力墻中心線相對于原設計軸線偏移小于15mm的數據所占
百分比為63.9%,剪力墻中心線相對于原設計軸線偏移在20±5mm的數據所占百分比為25.2%,剪力墻中心線相對于原設計軸線偏移在35±10mm的數據所占百分比為9.9%,剪力墻中心線相對于原設計軸線偏移大于45mm的數據所占百分比為1.0%。各樓層檢測數據分布詳見表1。
5. 結構驗算分析
根據原設計圖紙資料和現場檢查檢測結果,按照現行有關設計規范規程對該建筑上部結構進行整體驗算分析和構件復核驗算。計算軟件采用中國建筑科學研究院PKPM系列軟件和ETABS軟件進行有限元對比分析和驗算。
5.1結構計算條件
該高層住宅樓結構形式為鋼筋混凝土剪力墻結構,基礎形式采用鋼筋混凝土墻下筏板基礎,房屋設計為地下2層,地上18層,機房二層,地上主體建筑總高度為52.2m。建模驗算時混凝土強度等級、鋼筋規格、各層恒活荷載均按原設計條件進行設置。
復核驗算時,采用有限元分析軟件ETABS進行計算分析,有限元軟件建模時分別考慮了兩種情況進行計算,第一種情況是按照構件未偏移、變形、扭曲的情況進行復核驗算,并與原設計PKPM計算結果進行初步比較;第二種情況考慮了構件的偏移、變形、扭曲等實際狀況進行復核驗算,并且對比分析了兩種情況下偏移變形構件的內力數據,并且采用PKPM軟件鋼筋混凝土基本構件截面計算模塊中的剪力墻截面承載力計算對典型變形偏移剪力墻構件進行承載力復核。
5.2 整體驗算分析
按照構件未偏移、變形、扭曲的情況分別采用ETABS有限元軟件和PKPM軟件進行復核驗算和對比。對兩種驗算結果進行對比分析,兩種計算軟件主要計算結果、控制參數基本一致。
采用ETABS有限元軟件分別按照構件未偏移、變形、扭曲的情況進行復核驗算和考慮構件的偏移、變形、扭曲等實際狀況進行復核驗算,分別從剪力墻軸力、剪力墻平面內外剪力、剪力墻平面內外彎矩等方面進行對比分析,兩種情況下偏移變形構件的內力數據對比分析結果如下。
剪力墻構件軸力:復核驗算時考慮構件的偏移、變形之后,與原設計計算結果相比,計算的構件軸力整體變化不大,檢測樣本復核驗算構件中約90%的構件計算軸力與原設計相比變化幅度在±8%左右,僅10%的構件軸力變化幅度大于±8%,實際最大值為原設計軸力的1.25倍,實際最小值為原設計軸力的0.84。
剪力墻構件平面內剪力:復核驗算時考慮構件的偏移、變形之后,與原設計計算結果相比,檢測樣本復核驗算構件中約85%的構件計算平面內剪力與原設計相比變化幅度在0.64~3.2倍之間,僅15%的構件平面內剪力變化幅度較大,實際最大值為原設計剪力的30.87倍,實際最小值為原設計剪力的0.01。
剪力墻構件平面內彎矩:復核驗算時考慮構件的偏移、變形之后,與原設計計算結果相比,檢測樣本復核驗算構件中約85%的構件計算平面內彎。

矩與原設計相比變化幅度在0.6~10.85倍之間,僅15%的構件平面內彎矩變化幅度較大,實際最大值為原設計彎矩的14.49倍,實際最小值為原設計彎矩的0.15。
剪力墻構件平面外剪力:復核驗算時考慮構件的偏移、變形之后,與原設計計算結果相比,檢測樣本復核驗算構件計算的構件平面外剪力增幅變化較大,增減變化幅度比較分散,總體上平面外剪力均有不同程度的增加。雖然增幅變化很大,但是增加的數值絕對值相對較小,最大數值為33.21kN。
剪力墻構件平面外彎矩:復核驗算時考慮構件的偏移、變形之后,與原設計計算結果相比,檢測樣本復核驗算構件計算的構件平面外彎矩增幅變化較大,增減變化幅度比較分散,總體上平面外彎矩均有不同程度的增加。雖然增幅變化很大,但是增加的數值絕對值相對較小,最大數值為27.96 kN·m。
建模計算時考慮構件的偏移、變形,經驗算分析,房屋整體結構的彈性變形滿足規范要求。計算結果部分構件的內力對比數據見圖3。
5.3 典型
構件承載力驗算分析
采用PKPM軟件鋼筋混凝土基本構件截面計算模塊中的剪力墻截面承載力計算對典型變形偏移剪力墻構件進行承載力復核。
根據內力分析結果,對典型剪力墻構件在變形、偏移情況下產生的實際的軸力、平面內剪力和彎矩和平面外剪力和彎矩的共同作用下進行復核驗算,經復核驗算,剪力墻及邊緣構件的承載能力滿足規范要求。
6. 結論及建議
綜上所述,由于偏移、變形后剪力墻產生了平面外的剪力和彎矩,特別是對建筑物四角的剪力墻和無兩端翼墻或端柱的剪力墻影響較大,可認為此部分剪力墻構件在平面外荷載的作用下為偏心受壓構件,剪力墻構件一側縱向鋼筋最小配筋率應滿足《混凝土結構設計規范》第8.5.1條的要求。經復核,地下兩層剪力墻豎向鋼筋總的配筋率為0.616%,滿足《混凝土結構設計規范》中對單側受拉鋼筋最小配筋率的要求。經復核一層至八層剪力墻豎向鋼筋總的配筋率為0.251%,上述重點部位和薄弱部位豎向鋼筋配筋率偏低,不滿足《混凝土結構設計規范》中對單側受拉鋼筋最小配筋率的要求,建議進行加固處理。

圖3.1 剪力墻變形偏移計算結果內力分析
Fig.3.1 Analysis and calculation results of internal forces displacement and deformation of shear wall

圖3.2剪力墻變形偏移計算結果內力分析
Fig.3.2 Analysis and calculation results of internal forces displacement and deformation of shear wall
薄弱部位豎向鋼筋配筋率偏低,不滿足《混凝土結構設計規范》中對單側受拉鋼筋最小配筋率的要求,建議進行加固處理。
后續繼續建設時,請考慮控制線的偏差影響,并提請注意控制線的引設和軸線的布設精度。
對建筑物四角的剪力墻和無兩端翼墻或端柱的剪力墻并且偏移、變形大于15mm以上的剪力墻構件,建議采用粘貼碳纖維或者擴大截面修補平齊的方式進行加固處理。
對偏移、變形較大的其它部位的墻體,建議根據現場實際情況進行裝修處理,但處理原則不得減小截面尺寸和損傷受力鋼筋,對有一定彎曲的墻體采取修補砂漿修補平齊。
參 考 文 獻
[1] GB 50023-2009
建筑抗震鑒定標準.北京:中國建筑工業出版社,2009.
[2] GB 50011-2010 建筑抗震設計規范.北京:中國建筑工業出版社,2010.
[3] JGJ3-2010 J186-2010 高層建筑混凝土結構技術規程.北京:中國建筑工業出版社,2010.
[4] GB 50204-2002(2011修訂版) 混凝土結構工程施工質量驗收規范.北京:中國建筑工業出版社,2011.