砌體結(jié)構(gòu)裂縫成因及預(yù)防措施

1、砌體結(jié)構(gòu)裂縫成因及預(yù)防措施            摘要：本文分析了砌體結(jié)構(gòu)裂縫的成因，對溫度裂縫、收縮裂縫以及沉降裂縫的產(chǎn)生機理進行了分析，提供了溫度應(yīng)力、溫度變形和干縮變形的估算方法，討論了影響砌體結(jié)構(gòu)開裂的因素。針對這些影響因素提出了預(yù)防措施 關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu) 變形裂縫 產(chǎn)生機理 溫度變形 干縮變形 預(yù)防措施  Causes and Measures of Treatment for Cracks in Masonry Structure BuildingsTo

2、ng Guangbing 目前，砌體結(jié)構(gòu)的房屋出現(xiàn)各種型式的裂縫，非常常見。其裂縫程度輕重不一，差別很大。輕則影響房屋正常使用和美觀，嚴重的將形成結(jié)構(gòu)安全隱患，甚至發(fā)生工程事故。隨著住宅商品化的發(fā)展，房屋裂縫問題越來越引起人們的關(guān)注。裂縫的類型及成因   按裂縫的成因，墻體裂縫可分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類。各種直接荷載作用下，墻體產(chǎn)生的裂縫稱為受力裂縫。而砌體因收縮、溫度、濕度變化，地基沉陷不均等引起的裂縫是非受力裂縫，又稱變形裂縫。砌體房屋的裂縫中變形裂縫占80以上1，其中溫度裂縫更為突出。相對于受力裂縫，變形裂縫的產(chǎn)生機理和影響因素復(fù)雜得多，本文主要分析砌

3、體結(jié)構(gòu)的變形裂縫。1.1砌體房屋的溫度變形1.1.1 溫度裂縫的主要形態(tài)最常見的溫度裂縫出現(xiàn)在混凝土平屋蓋房屋的頂層兩端墻體和山墻上。如在門窗洞邊的正“八”字斜裂縫、山墻上部的斜裂縫、平屋頂下或屋頂圈梁下沿磚(塊)灰縫的水平裂縫、以及水平包角裂縫(包括女兒墻)等。溫度裂縫是造成墻體早期裂縫的主要原因。這些裂縫一般經(jīng)過一個冬夏之后才逐漸穩(wěn)定,不再繼續(xù)發(fā)展,裂縫的寬度隨著溫度變化而略有變化。溫度裂縫有明顯的規(guī)律性：兩端重中間輕，頂層重往下輕，陽面重陰面輕。1.1.2 溫度裂縫產(chǎn)生機理對于磚砌體的結(jié)構(gòu)，磚砌體的線膨脹系數(shù)5×106，是混凝土的一半。當(dāng)外界溫度升高時，混凝土頂蓋變形大，墻體變

4、形相對較小，導(dǎo)致磚砌體和混凝土屋蓋之間產(chǎn)生約束應(yīng)力。使屋蓋受壓，墻體受拉、受剪。當(dāng)約束條件下溫度變形引起的溫度應(yīng)力足夠大時,墻體就會產(chǎn)生溫度裂縫?；炷疗鰤K墻體的線膨脹系數(shù)與混凝土屋蓋相同。在夏季陽光照射下，兩者之間存在一定的溫差。屋面最高溫度可達4050，而頂層外墻平均最高溫度約為3035。屋面和頂層外墻存在1015的溫差，兩者的溫差可能引起墻體開裂。另外，從材料上看，相同砂漿強度等級下抗拉、抗剪強度混凝土砌塊比磚砌體小了很多，沿齒縫截面彎拉強度僅為磚砌體的3035，沿通縫彎拉強度僅為磚砌體的4550，抗剪強度僅為磚砌體的50    2007-04-2

5、2        55。因此，在相同受力狀態(tài)下，混凝土砌塊抵抗拉力和剪力的能力要比磚砌體小很多，所以更容易開裂。1.1.3 溫度應(yīng)力的估算砌體結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力可通過下式估算2：              （12）當(dāng)頂板與墻體材料不同時，3，混凝土板和鋼筋混凝土圈梁Cx=1.0N/mm3;      t墻厚；   

6、;   b一面墻負擔(dān)的樓板寬度；      h頂板厚度；      Es混凝土的彈性模量；      1墻的線膨脹系數(shù)，磚砌體5×106；2頂板線膨脹系數(shù)，混凝土10×106；T1墻的溫度；T2頂板的溫度；L墻長。式（11）中max為彈性剪應(yīng)力?？紤]升溫較快，取應(yīng)力松弛系數(shù)H（t）=0.7"0.8，則砌體的徐變剪應(yīng)力為：成正比。如水平阻力系數(shù)Cx降低30，則剪應(yīng)力降低16。因此，可通過在鋼筋混凝土

7、屋面板與墻體圈梁的接觸面處設(shè)置水平滑動層來減少頂板與墻體的約束作用，滑動層可采用兩層油氈夾滑石粉或橡膠片等3；剪應(yīng)力和建筑物的長度呈非線性關(guān)系，增加長度，剪應(yīng)力隨之增加。     1.1.4 溫度變形的估算粘土和混凝土砌體都有與溫度變化成比例的特性，溫度變形的大小可以根據(jù)熱膨脹系數(shù)計算。構(gòu)件受到溫度變化為T的構(gòu)件，長度變化L可以表達為               （14）式中，k對粘土砌體采用濕膨脹系數(shù)ke，對混凝土

8、砌體采用收縮系數(shù)km;L砌體長度；          （15）式中，E0地基土的變形模量；      0地基土的泊松比；EJ地基上梁、板或箱體剛度；a,b基礎(chǔ)的半長和半寬。柔性指數(shù)表示了建筑物和地基的相對剛度。從式中可以看出，建筑物和基礎(chǔ)抗彎剛度越大，基礎(chǔ)的長度和寬度越小，則柔性指數(shù)就越小，結(jié)構(gòu)物或基礎(chǔ)的相對剛度越大。這時在外荷載作用下，地基的反壓力越往兩端集中，則中部彎矩越大，這就需要結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，滿足結(jié)構(gòu)物最大彎矩的要求；在較好的地基上

9、，地基的變形模量較高，而地基上基礎(chǔ)的抗彎剛度較小，結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸較長，則柔性指數(shù)相應(yīng)增大。這時基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)接近于柔性板，此時地基的沉降與荷載的分布有關(guān)。地基承受荷載大的地方，該處的沉降和變形較大，基礎(chǔ)承受的彎矩較小。    2007-04-22         徐變   建筑物的下沉、水平位移、溫度、濕度變化引起的變形，除了絕對數(shù)量外，變形速率是一個重要因素。只要變形是緩慢的，則多數(shù)建筑物能經(jīng)受較大的變形而不破壞。其主要原因就是由于建筑材料都具有徐變特性，在

10、變形過程中，其內(nèi)應(yīng)力會隨著變形速度的下降而松弛。 建筑物的形狀   平面形狀復(fù)雜的建筑物，如“I”、“T”、“L”、“E”字形等，在縱橫單元交叉處基礎(chǔ)密集，地基附加應(yīng)力重疊，使地基沉降量增大。同時，此類建筑物整體性差，剛度不對稱，在地基產(chǎn)生不均勻沉降時容易發(fā)生墻體開裂8。因此，遇不良地基時，在滿足使用的情況下應(yīng)盡量采用平面形狀簡單的建筑形式。    2 裂縫的預(yù)防措施在目前的技術(shù)經(jīng)濟水平下，尚不能完全防止和杜絕由于鋼筋混凝土屋蓋的溫度變形和砌體干縮變形引起的墻體局部裂縫。只能通過一些合理的構(gòu)造措施，使砌體房屋墻體的裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展達到

11、可接受的程度3。從上節(jié)的分析可知，建筑物的長度即伸縮縫、沉降縫或控制縫間距與溫度裂縫、干縮裂縫和沉降裂縫的產(chǎn)生有很大關(guān)系。按照歐美規(guī)范，如英國規(guī)范規(guī)定，對粘土磚砌體的控制間距為1015m，對混凝土砌塊砌體一般不因大于6m；美國混凝土協(xié)會（ACI）規(guī)定，無筋砌體的最大控制縫間距為1218m，配筋砌體的控制縫間距不超過30m，這些都遠遠小于我國砌體規(guī)范的規(guī)定。這也是按我國砌體規(guī)范的溫度縫和有關(guān)抗裂構(gòu)造措施不能消除墻體裂縫的一個重要原因。2.1   溫度變化引起的墻體開裂防止主要由溫度變化引起的砌體結(jié)構(gòu)開裂,宜采取下列措施:當(dāng)采用整體式或裝配式的鋼筋混凝土屋蓋時,宜在屋蓋上設(shè)置保

12、溫層或隔熱層;在屋蓋的適當(dāng)部位設(shè)置控制縫,控制縫的間距不大于30;當(dāng)采用現(xiàn)澆混凝土挑檐的長度大于12時,宜設(shè)置分隔縫,分隔縫的寬度不應(yīng)小于20,縫內(nèi)用彈性油膏嵌縫;建筑物溫度伸縮縫的間距應(yīng)滿足現(xiàn)行砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定,控制縫宜在建筑物墻體的適當(dāng)部位設(shè)置,控制縫的間距不宜大于30。    2007-04-22        非地震地區(qū),在房屋頂層宜設(shè)鋼筋混凝土圈梁。若采用鋼筋混凝土圈梁,圈梁不宜外露。若不設(shè)圈梁,可在屋蓋四周檐口下的砌體內(nèi),配置適當(dāng)轉(zhuǎn)角鋼筋。2.2墻體材料的干

13、縮引起的開裂防止主要由墻體材料的干縮引起的裂縫，可采用下列措施:選用干縮值低的墻材?？刂破鲋r材料的含水量(先讓材料干縮后砌墻)。采用低強度砂漿和長度小的磚塊,可以避免磚塊的斷裂,并將細小裂縫均勻分散到各個垂直的灰縫隙中,避免變形和應(yīng)力集中,累加出現(xiàn)大裂縫。面積較大的墻體采用在墻體內(nèi)增設(shè)構(gòu)造梁柱的構(gòu)造措施。如墻體長度超過5,可在中間設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱;當(dāng)墻體高度超過3(120厚墻)或4(180厚墻)時,須在墻中腰處增設(shè)鋼筋混凝土腰梁,或設(shè)置伸縮縫。嚴格控制以膠凝材料為原料的砌塊的齡期,不足28的不應(yīng)進入施工現(xiàn)場。對于混凝土制品,如果以90的干燥收縮值為基準,28只完成收縮的80%左右。而且這

14、類砌塊,28前含水率大,物理化學(xué)變形不穩(wěn)定,干燥收縮值大,特別是蒸壓加氣混凝土,出廠含水率有時高達60%以上。正確掌握各種砌塊使用時的含水率。輕集料混凝土空心砌塊和蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊砌筑時的含水率分別控制為5%8%和15%、20%以內(nèi)。砌體在生產(chǎn)儲存期、運輸、現(xiàn)場堆放等均要防止被水浸濕,雨季還應(yīng)做好對砌塊和砌體的遮蓋。施工時,一般提前12灑水稍作濕潤。砌塊含水深度以表層810為宜。2.3 地基沉降引起的開裂防止主要由地基沉降引起的裂縫，可采用下列措施：    2007-04-22        建筑物的體型力求簡單；合理設(shè)置沉降縫。在建筑物平面轉(zhuǎn)折處、建筑高度荷載突變處、結(jié)構(gòu)類型不同處以及地基土軟硬交界處設(shè)置沉降縫；減輕結(jié)構(gòu)自重。增強建筑物的剛度和強度。設(shè)置封閉圈梁和構(gòu)造柱，特別是增強頂層和底層圈梁、合理布置縱橫墻、采用整體性好、剛度大的基礎(chǔ)形式等；減小或調(diào)整基底的附加應(yīng)力。改變基礎(chǔ)地面尺寸，使不同荷載的