0 引言

　　随着近年来国内房地产住宅产业化的不断发展，人力成本日益飚升，建设资金占用时间长，为有效控制生产成本和建造周期，建筑开发企业开始大力发展铝合金模板全现浇混凝土墙技术。然而外墙全现浇混凝土体系有易开裂的弊病，结构拉缝技术能较好地解决这一问题，但其造成的建造成本增加和建造工期延长给予开发企业较大压力。

　　从洞口设置加强筋进行裂缝控制的原理出发，拟通过在窗洞四角设置斜向构造加强筋解决应力集中而产生的结构裂缝问题。施工方案制定的重要依据为模型结构受力计算，是施工安全的可靠保证。

　　为此，项目依据受力模型的计算结果，选用润石柏宁花园32,33号住宅楼作为试验楼栋(见图1)，主体结构形式为框架-剪力墙结构，共30层(现场施工进度基本一致)，建筑面积为16 152.6m²，总高度为93.85m。对加强筋放置位置、间距、直径及数量等进行重点分析，给出量化指标，保证工程经济、安全。

　　图1 润石柏宁花园项目效果  

　　1 裂缝控制实施方案

　　1.1 实施思路及方法

　　1)加强筋参数设置(见表1，加强筋均为HRB400E)

　　表1 32,33号住宅楼加强筋参数 

　　表1 32,33号住宅楼加强筋参数

　　2)摆放位置、直径说明(见图2)

　　图2 加强筋摆放位置示意  

　　1.2 方案实施

　　1)斜向加强筋安装

　　根据有限元分析模型的计算结果，加强筋的使用能显著提高窗角混凝土抗裂变形能力。为保证加强筋实施效果，安装要求为:(1)钢筋隐蔽验收时须对加强筋进行专项验收;(2)加强筋须置于竖向钢筋内侧，以保证钢筋骨架尺寸;(3)加强筋与竖向钢筋交接处必须满绑，以保证其位置在后续模板施工过程中不发生偏移;(4)每条加强筋设置≥3条拉钩且必须同时勾住竖向钢筋，以保证整体受力性能。

　　2)斜向加强筋验收

　　为保证实施思路的落地，在各楼层进行钢筋隐蔽验收时，实施全现浇外墙窗角裂缝控制的关键性措施———窗角加强筋进度附带的专项验收。

　　通过验收结果可知，加强筋的使用能显著提高窗角混凝土抗裂变形能力，实施效果如表2所示。由表2可知，加强筋排距为150mm时使用效果最佳;当加强筋直径植筋达14mm时，再增大钢筋直径对提高混凝土抗裂变形能力影响很小。

　　1.3 结构拉缝与加强筋对比

　　1.3.1 工期

　　结构拉缝分为竖向拉缝和横向拉缝，在施工工艺方面的区别主要在于拉缝材料与结构钢筋安装顺序。

　　1)竖向结构拉缝定位固定主体结构钢筋→安置PVC结构拉缝板→构造筋安装(点焊固定)→铝合金模板安装→浇筑混凝土。

　　2)水平结构拉缝安置PVC结构拉缝板→定位安置钢筋→铝合金模板安装→浇筑混凝土。

　　竖向一体式PVC结构拉缝板端部必须封闭，否则混凝土砂浆流入腔体内，拉缝就形成刚性连接。建议在拉缝板两端用封口胶包裹2层后，再安装固定拉缝板，最后浇筑混凝土。

　　综上所述，相比加强筋安装，结构拉缝工序复杂、施工效率低下，单层结构标准施工工期会增加1～1.5d。

　　1.3.2 质量

　　对比采用结构拉缝和窗角加强筋的使用效果，几乎无差别，均有极少裂缝产生，但结构拉缝常会带来另一个质量隐患———外墙易发生在结构拉缝与实体结构交接处的浇筑质量问题，从而导致在拉缝位置出现渗漏。

　　1.3.3 成本

　　以1个单层建筑面积为515m²项目为例，按施工30层计算，将结构拉缝和加强筋成本进行对比，如表3所示。

　　综合分析，加强筋较结构拉缝在进度、质量和成本方面均有一定优越性，尤其在进度和成本方面优势更明显。

　　表2 实施效果 

　　注:(1)32,33号住宅楼单层31个外窗，每个窗4个角部，共124个角部;(2)裂缝情况统计分为裂缝数量、严重程度2个方面，最终折合成单层进行对比;(3)宏观裂缝表示宽度>0.05mm裂缝且连续，轻微裂缝表示宽度≤0.05mm裂缝;(4)裂缝数量少、开裂程度低表示何种类型加强筋使用，能更显著地提高窗角混凝土抗裂变形能力;(5)按效果好坏进行1～8排序，其中数字1表示效果最佳，数字8表示效果最差

　　表2 实施效果

　　表3 结构拉缝和加强筋成本对比分析 

　　表3 结构拉缝和加强筋成本对比分析

　　2 有限元分析

　　2.1 有限元建模概况

　　以32号住宅楼为建模对象，结构形式为框架剪力墙结构，建筑层高为2.9m，基础形式为预应力管桩，建筑高度为89.05m，墙体厚度为200mm，钢筋类别为HRB400E，混凝土强度等级为C30～C60，墙体横向边界设置滑动支座，滑动支座上下错动模拟不均匀沉降。

　　有限元分析模型中，混凝土采用C3D8R单元，沿厚度方向分为5层单元，保证计算精度;钢筋采用truss单元;边界条件:墙体右侧为固端约束，左侧为滑动支座;荷载类型:试件左侧墙体沿y轴位移荷载，位移为1mm;模型为线弹性本构关系。

　　2.2 建模分析结果

　　1)无加强筋应力结果分析

　　无加强筋应力计算结果如图3所示。由图3可知，窗角混凝土左下角应力15.61MPa、右上角应力12.81MPa;左下角纵筋应力59.46MPa、左下角箍筋应力70.29MPa、右上角纵筋应力40.06MPa、右上角箍筋应力58.21MPa。

　　图3 无加强筋应力计算结果  

　　2)有加强筋应力计算结果

　　有加强筋应力计算结果如图4所示。由图4可知，窗角混凝土左下角应力15.37MPa、右上角应力12.60MPa，相比无加强筋，左下角和右上角混凝土应力水平下降1.5%,1.6%;左下角纵筋应力58.87MPa、左下角箍筋应力69.63MPa、左下角加强筋应力91.39MPa、右上角纵筋应力39.48MPa、右上角箍筋应力57.82MPa、右上角加强筋应力71.92MPa，钢筋应力水平分别降低:左下角纵筋1%、左下角箍筋0.9%、右上角纵筋1.45%、右上角箍筋0.67%。

　　图4 有加强筋应力计算结果  

　　加强筋的布置能在一定程度上影响混凝土和钢筋应力水平。窗口左下角和右上角混凝土在该荷载下为易开裂处，在弹性分析阶段，增加角部钢筋能在一定程度上延缓不均匀沉降;钢筋应力由于加强筋的布置有一定水平下降，部分钢筋应力部分由加强筋承担(左下角加强筋91.39MPa、右上角加强筋71.92MPa)，加强筋应力水平高于纵筋、箍筋，说明加强筋在墙体不均匀沉降时能有效控制窗角应力集中。

　　3)非线性模型应力计算结果

　　为进一步提高分析精度，采用非线性模型进行分析，混凝土采用损伤塑性模型，钢筋采用塑性模型。非线性模型应力计算结果如图5所示。由图5a,5c可知，加强筋能在一定程度上影响窗角应力分布，说明加强筋能起到一定阻裂、控裂作用，但需根据混凝土角部应力随不均匀沉降量变化过程进行判断。由图5b,5d可知，加强筋应力高于纵筋和箍筋应力，说明在模型变形过程中，加强筋能有效参与工作，与窗角混凝土协同受力。

　　图5 非线性模型应力计算结果  

　　对比非线性模型，加强筋的使用能有效缓解不均匀沉降造成的窗角开裂，无加强筋模型，左下角窗口开裂位移为0.17mm，增加加强筋模型开裂位移为0.28mm左右，开裂变形提高64.7%。说明加强筋的使用能显著提高窗角混凝土抗裂变形能力。

　　混凝土应力随加强筋直径变化曲线如图6所示，加强筋直径的增加对混凝土应力分布影响有限，因此，随着钢筋直径的增加，窗角混凝土开裂变形变化范围较小。说明一定直径的加强筋能改善窗角混凝土应力集中状态，但过大的加强筋直径对混凝土应力集中状态影响较小。

　　图6 混凝土应力随加强筋直径变化曲线  

　　3 结语

　　1)根据有限元分析模型计算结果可知，加强筋的使用能显著提高窗角部混凝土抗裂变形能力，为外墙全现浇混凝土结构裂缝问题提供全新的解决方案，对施工顺序、工期、质量、造价甚至施工图设计均会产生较大影响。

　　2)加强筋排距为150mm时使用效果最佳;当加强筋直径达14mm时，再次增大钢筋直径对提升混凝土开裂变形影响很小。