齐常军  杨珏  金立赞
（国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心/中冶建筑研究总院(上海)有限公司200433）
 

[摘要]  本文对某剪力墙高层住宅在施工期间部分剪力墙墙体因施工原因产生的偏移和变形进行了检测，对剪力墙偏移变形前后的内力变化进行了比较分析，对剪力墙偏移变形对主体结构及构件自身的影响进行了分析。
[关键词]  高层剪力墙结构；剪力墙偏移变形；内力变化分析

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.  工程概况
     某在建高层住宅，为钢筋混凝土剪力墙结构，基础形式采用钢筋混凝土墙下筏板基础，房屋设计为地下2层，地上18层，机房二层，地上主体建筑总高度为52.2m。地下室为住宅附属储藏室，地上部分为住宅楼。房屋平面布置参见图1。
     房屋于2012年9月开工建设，至2013年5月施工至十层结构，发现已施工完成部分剪力墙结构存在明显施工偏差，已浇筑完毕竖向构件出现垂直度、平整度不符合规范要求等现象，部分构件存在扭转现象。
     根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002(2011修订版)第8章现浇结构分项工程8.3节尺寸偏差中表8.3.2-1中内容，对现浇结构拆模后的尺寸偏差的要求，剪力墙轴线位置规范允许偏差为5mm；当层高小于等于5m时，剪力墙垂直度规范允许偏差为8mm，当层高大于5m时，剪力墙垂直度规范允许偏差为10mm。经现场施工单位初步测量，已浇筑完剪力墙的轴线偏差数值和垂直度数值超过规范允许值，部分剪力墙偏差数值与规范允许值相差较大，对房屋的建筑功能使用、结构的受力性能和整体安全性存在一定的影响，故，停止施工进行处理。
 2.  检测重点内容
     根据现场初步测量的实际数据，经与业主方、管理方、监理方和设计方多方沟通，确定本次检测工作的主要内容，除了常规鉴定评估检测项目所需的必要的测量、测试检查之外，重点检测工作内容是调查、了解房屋设计、施工等的相关资料和过程，对资料进行分析和判断，分析出现此种工程质量事故的原因。重点检测工作内容是根据测量控制线复核各层轴线定位尺寸，为后续上层结构施工提供依据。重点检测工作内容是对负二层至八层施工完毕的剪力墙构件进行定位偏差、垂直度以及平整度测量，以确定剪力墙的变形偏移方向和程度。
     对现场检测数据进行处理、分析，依照实测结构构件状态，按未来使用条件进行有限元计算分析，并对典型构件进行复核验算，根据综合分析结果提出现有结构安全鉴定结论，并给出相应的加固处理意见。
3.  剪力墙变形偏移检测方法
     结合现场实际情况，采用全站仪、经纬仪、激光测距仪、红外激光水平仪和钢尺、靠尺等仪器设备对剪力墙进行变形、偏移测量。

     现场采用全站仪、垂直仪根据底层的两纵一横控制线布设和复核了各层测量控制线和主要轴线，确保现场测量测试的基准线是正确的。
     根据现场测量控制网，布设待测剪力墙构件的轴线，把待测剪力墙构件轴线向一侧平移一定距离，利用红外激光水平仪布设一个穿过该条平移轴线的铅垂面，利用钢尺分别测量待测剪力墙表面至该铅垂面的垂直距离并记录数据。根据现场待测剪力墙实际布置和长度选择剪力墙两端或者两端和中点作为测量点，分别测量每一点处顶部、中部、底部到偏移轴线铅垂面的垂直距离并记录原始数据。
     现场实测原始数据与轴线偏移值之差的绝对值即为测量点各部位的偏移值，最终形成变形偏移数据成果时，规定向X轴、Y轴正向偏移为正值，向X轴、Y轴负向偏移为负值。
     对实测数据进行处理、分析即可判断被测剪力墙相对原设计轴线水平偏移方向和偏移程度，并且也可知被测剪力墙竖向倾斜、弯曲的方向和程度。

4.  现场检测情况
4.1 设计、施工程序
     经现场调查了解，该项目建筑、结构等各专业图纸资料完整，开工手续完备，地基验槽和施工过程中的隐蔽工程验收资料齐全，按照要求进行了施工过程中的沉降观测记录，结构施工中主要材料钢筋和混凝土均按要求留样送检，并取得了合格的检测报告，施工程序符合相关规范要求。
     经了解，施工过程中由于施工队伍技术水平参差不齐，部分施工队伍墙体模板施工时未按要求设置斜撑和水平撑，未设置纵横向扫地杆，并且模板拼缝处未加设背楞木方，导致剪力墙在浇筑混凝土时产生变形偏移。
4.2 现场复核测量
     现场采用全站仪、垂直仪根据底层的两纵一横控制线复核了各层的测量控制线和轴线，经复核测量测绘，房屋上部各层测量控制线基本与底层测量控制线一致，部分楼层测量控制线与底层测量控制线稍有偏差，测量最大平移偏差为3mm。
     现场采用激光测距仪和钢尺根据各层的测量控制线对各层的轴线尺寸进行了复核，经复核测量，房屋各层轴线与原设计图纸基本一致。房屋为现浇混凝土剪力墙结构，主要承重构件为现浇混凝土剪力墙、连梁和现浇板，经现场实测主要受力构件布置和截面尺寸与设计图纸基本一致，剪力墙虽有变形偏移，但剪力墙厚度除局部胀模外基本与设计一致。
     经现场实测，构件混凝土强度和构件钢筋配置均与原设计一致，混凝土保护层厚度在规范要求范围之内。

4.3 剪力墙变形偏移测量
     根据现场实际情况，底部一层、二层剪力墙普遍变形偏移较大，对一层、二层具备检查、测量条件的剪力墙构件全数进行检查、测量，对负二层、负一层和三层至八层东西两端及中部楼梯、电梯位置偏移、倾斜变形较大的剪力墙构件全数进行检查、测量。
     经现场检查测量，对测量数据进行处理、分析，发现每堵剪力墙构件实测的几组数据，每一个测量点的上中下三个数据基本都不相同，并且没有规律性，这表明该堵剪力墙在该处竖向存在不同程度的倾斜、弯曲或翘曲；每堵剪力墙各测量点在同一高度的测量数据基本都不相同，并且没有规律性，这表明该堵剪力墙在平面上存在偏移、扭转或弯曲。剪力墙变形偏移数据测量结果样式见图2。

     经现场检查测量，对测量数据进行处理、分析，该项目共测得943组样本数据，其中剪力墙中心线相对于原设计轴线偏移小于15mm的数据所占
     百分比为63.9%，剪力墙中心线相对于原设计轴线偏移在20±5mm的数据所占百分比为25.2%，剪力墙中心线相对于原设计轴线偏移在35±10mm的数据所占百分比为9.9%，剪力墙中心线相对于原设计轴线偏移大于45mm的数据所占百分比为1.0%。各楼层检测数据分布详见表1。
5.  结构验算分析
     根据原设计图纸资料和现场检查检测结果，按照现行有关设计规范规程对该建筑上部结构进行整体验算分析和构件复核验算。计算软件采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件和ETABS软件进行有限元对比分析和验算。
5.1结构计算条件
     该高层住宅楼结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构，基础形式采用钢筋混凝土墙下筏板基础，房屋设计为地下2层，地上18层，机房二层，地上主体建筑总高度为52.2m。建模验算时混凝土强度等级、钢筋规格、各层恒活荷载均按原设计条件进行设置。
     复核验算时，采用有限元分析软件ETABS进行计算分析，有限元软件建模时分别考虑了两种情况进行计算，第一种情况是按照构件未偏移、变形、扭曲的情况进行复核验算，并与原设计PKPM计算结果进行初步比较；第二种情况考虑了构件的偏移、变形、扭曲等实际状况进行复核验算，并且对比分析了两种情况下偏移变形构件的内力数据，并且采用PKPM软件钢筋混凝土基本构件截面计算模块中的剪力墙截面承载力计算对典型变形偏移剪力墙构件进行承载力复核。
5.2 整体验算分析
     按照构件未偏移、变形、扭曲的情况分别采用ETABS有限元软件和PKPM软件进行复核验算和对比。对两种验算结果进行对比分析，两种计算软件主要计算结果、控制参数基本一致。
     采用ETABS有限元软件分别按照构件未偏移、变形、扭曲的情况进行复核验算和考虑构件的偏移、变形、扭曲等实际状况进行复核验算，分别从剪力墙轴力、剪力墙平面内外剪力、剪力墙平面内外弯矩等方面进行对比分析，两种情况下偏移变形构件的内力数据对比分析结果如下。
     剪力墙构件轴力：复核验算时考虑构件的偏移、变形之后，与原设计计算结果相比，计算的构件轴力整体变化不大，检测样本复核验算构件中约90%的构件计算轴力与原设计相比变化幅度在±8%左右，仅10%的构件轴力变化幅度大于±8%，实际最大值为原设计轴力的1.25倍，实际最小值为原设计轴力的0.84。
     剪力墙构件平面内剪力：复核验算时考虑构件的偏移、变形之后，与原设计计算结果相比，检测样本复核验算构件中约85%的构件计算平面内剪力与原设计相比变化幅度在0.64~3.2倍之间，仅15%的构件平面内剪力变化幅度较大，实际最大值为原设计剪力的30.87倍，实际最小值为原设计剪力的0.01。
     剪力墙构件平面内弯矩：复核验算时考虑构件的偏移、变形之后，与原设计计算结果相比，检测样本复核验算构件中约85%的构件计算平面内弯。

矩与原设计相比变化幅度在0.6~10.85倍之间，仅15%的构件平面内弯矩变化幅度较大，实际最大值为原设计弯矩的14.49倍，实际最小值为原设计弯矩的0.15。
     剪力墙构件平面外剪力：复核验算时考虑构件的偏移、变形之后，与原设计计算结果相比，检测样本复核验算构件计算的构件平面外剪力增幅变化较大，增减变化幅度比较分散，总体上平面外剪力均有不同程度的增加。虽然增幅变化很大，但是增加的数值绝对值相对较小，最大数值为33.21kN。
     剪力墙构件平面外弯矩：复核验算时考虑构件的偏移、变形之后，与原设计计算结果相比，检测样本复核验算构件计算的构件平面外弯矩增幅变化较大，增减变化幅度比较分散，总体上平面外弯矩均有不同程度的增加。虽然增幅变化很大，但是增加的数值绝对值相对较小，最大数值为27.96 kN·m。
     建模计算时考虑构件的偏移、变形，经验算分析，房屋整体结构的弹性变形满足规范要求。计算结果部分构件的内力对比数据见图3。

5.3 典型构件承载力验算分析
     采用PKPM软件钢筋混凝土基本构件截面计算模块中的剪力墙截面承载力计算对典型变形偏移剪力墙构件进行承载力复核。
     根据内力分析结果，对典型剪力墙构件在变形、偏移情况下产生的实际的轴力、平面内剪力和弯矩和平面外剪力和弯矩的共同作用下进行复核验算，经复核验算，剪力墙及边缘构件的承载能力满足规范要求。
6.  结论及建议
     综上所述，由于偏移、变形后剪力墙产生了平面外的剪力和弯矩，特别是对建筑物四角的剪力墙和无两端翼墙或端柱的剪力墙影响较大，可认为此部分剪力墙构件在平面外荷载的作用下为偏心受压构件，剪力墙构件一侧纵向钢筋最小配筋率应满足《混凝土结构设计规范》第8.5.1条的要求。经复核，地下两层剪力墙竖向钢筋总的配筋率为0.616%，满足《混凝土结构设计规范》中对单侧受拉钢筋最小配筋率的要求。经复核一层至八层剪力墙竖向钢筋总的配筋率为0.251%，上述重点部位和薄弱部位竖向钢筋配筋率偏低，不满足《混凝土结构设计规范》中对单侧受拉钢筋最小配筋率的要求，建议进行加固处理。

图3.1 剪力墙变形偏移计算结果内力分析
Fig.3.1 Analysis and calculation results of internal forces   displacement and deformation of shear wall

图3.2剪力墙变形偏移计算结果内力分析
Fig.3.2 Analysis and calculation results of internal forces   displacement and deformation of shear wall

薄弱部位竖向钢筋配筋率偏低，不满足《混凝土结构设计规范》中对单侧受拉钢筋最小配筋率的要求，建议进行加固处理。
     后续继续建设时，请考虑控制线的偏差影响，并提请注意控制线的引设和轴线的布设精度。
     对建筑物四角的剪力墙和无两端翼墙或端柱的剪力墙并且偏移、变形大于15mm以上的剪力墙构件，建议采用粘贴碳纤维或者扩大截面修补平齐的方式进行加固处理。
     对偏移、变形较大的其它部位的墙体，建议根据现场实际情况进行装修处理，但处理原则不得减小截面尺寸和损伤受力钢筋，对有一定弯曲的墙体采取修补砂浆修补平齐。

参  考  文  献
[1] GB 50023-2009 建筑抗震鉴定标准.北京:中国建筑工业出版社,2009.
[2] GB 50011-2010 建筑抗震设计规范.北京：中国建筑工业出版社,2010.
[3] JGJ3-2010 J186-2010 高层建筑混凝土结构技术规程.北京：中国建筑工业出版社,2010.
[4] GB 50204-2002(2011修订版) 混凝土结构工程施工质量验收规范.北京：中国建筑工业出版社,2011.