框架結構填充墻裂縫的特點及成因研究

李永富 李新慧

摘要:框架結構在我國建筑工程中應用非常廣泛,但當中遇到的裂縫問題也相應較多。隨著住房制度改革、房地產權多元化、房地產事業的發展以及房屋建筑的商品化,裂縫問題日益成為建筑工程管理、設計、施工、監理與質檢等工程技術人員的人們話題。一旦房屋建筑投入使用之后出現明顯的裂縫,有關方面責任人、用戶和業主迫切希望找出產生裂縫的真正原因。了解其危害程度及安全經濟的處理方案,以妥善解決由裂縫問題引起的各種糾紛。

關鍵詞:框架結構;填充墻;裂縫;溫度效應;應力;干縮;不均勻沉降

l引言

當前建筑中框架結構和框架一剪力墻結構的廣泛應用,許多建筑必然要使用各種類型的輕質砌塊砌筑框架填充墻或隔墻,這極大的促進了各類砌塊的應用。輕質填充墻墻體材料不再使用傳統的粘土磚,而是使用輕質高強和多功能的建筑材料,即屬于新型建筑材料。但與此同時,隨著新型建筑材料的廣泛應用,隨之而來的一系列問題也出現了,尤其是墻體的裂縫問題。有關填充墻裂縫這類建筑質量缺陷的投訴也越來越多,人們對輕質砌塊這種新型墻體材料產生了懷疑。同時,對于待建的房屋建筑有關方面的責任人也迫切希望從設計、施工和使用上提供有效的防裂措施,以滿足房屋建筑的正常使用的要求。因此,這方面的科學研究工作,對建筑工程設計與施工具有重要的現實意義和技術經濟價值。

2 框架填充墻裂縫的特點

2.1 框架填充墻裂縫屬于變形裂縫

框架結構填充墻只承受墻體自重,不承擔上部荷載,因此填充墻裂縫不屬于受力裂縫。當出現結構材料硬化導致的體積變形、環境溫濕度變化、地基沉降等非荷載因素影響時,墻體結構發生變形作用,當這種變形超出墻體的自身強度極限時,框架填充墻開裂。因此,框架填充墻裂縫屬于變形裂縫。

2.2 框架填充墻裂縫出現的部位

填充墻墻體與框架交接處裂縫出現的最多,尤其是墻頭的兩端部;門窗洞口四角處也容易開裂;墻體裂縫頂層和次頂層相對較多,端開間尤其嚴重。由于屋頂梁板熱脹或冷縮時,會產生較小的運動,使得頂層橫墻或縱墻沿墻頂支座處錯動而形成通長水平裂縫;在長墻體中間部位,不但邊界出現裂縫,墻體中部亦出現豎向通縫;總體上采用燒結磚(如粘土多孔磚、頁巖燒結磚)的墻體裂縫比非燒結墻體裂縫少。

2.3填充墻產生裂縫的影響因素

2.3.1 墻體材料的影響

對于框架結構填充墻,可以把每一面墻所包含的梁柱門窗洞口和填充墻、抹灰層、外墻裝。飾層視為有機結合的一個整體墻。在這個整體墻當中,由于許多內在因素的影響,從而產生了形式多樣的內應力,砌塊干縮是其中主要因素。

2.3.2 溫度影響

框架結構頂層屋面板和填充墻的接觸面緊密結合。在太陽光的輻射下,建筑物內部會因此產生相應的溫度應力。頂層的梁比墻體溫度偏高,且鋼混的線膨脹系數常大于磚砌體,二者的相對溫差導致屋面板受壓應力,墻體受拉應力,接觸面上產生剪應力。

2.3.3 地基不均勻沉降引起裂縫

一般情況下,當混凝土結構主體和基礎剛度較大時,其抵抗地基沉陷的能力還是比較強的。但是地基處理不滿足規范要求時,特別是在嚴重濕陷性黃土、凍脹土、膨脹土、鹽漬土、軟弱土等不良場地,仍時常產生地基沉陷(膨脹)裂縫。

3 框架填充墻墻體材料相關性能

3.1砌體強度

3.1.1 砌體軸心抗拉強度

砌體軸心拉力(包括荷載引起的和約束變形引起的),一般沿齒縫截面破壞。這時,砌體的抗拉強度主要取決于塊體與水平灰縫界面的粘結強度,并與其界面的總面積有關。

3.1.2 砌體抗剪強度

砌體受剪時的破壞形態和抗剪強度不僅與材料強度、砌筑質量和試驗方法等因素有關,而且受垂直壓應力的影響。后者可通過主拉應力破壞理論和庫侖破壞埋論進行分析。最后,通過試驗研究,結合實踐經驗確定砌體的抗剪強度。砌體抗剪強度是指砌體所能承受的最大剪應力。

3.2 砌體的彈性模量、線膨脹系數和收縮率

3.2.1 砌體的彈性模量砌體的彈性模量主要用于計算砌體構件在荷載作用下溫度應力(或約束應力),其值可通過實測的應力應變關系獲得。

3.2.2 砌體的線膨脹系數

砌體的線膨脹系數是砌體的一種熱性能,它表示溫度升高(或降低)l℃砌體沿單位長度的伸長(或縮短)量,該系數以燒結豁土磚砌體最小,蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰砌體以及料石和毛石砌體居中,而混凝土(包括輕骨料混凝土)砌塊砌體最大。

3.2.3 砌體的收縮率

砌體由塊體和砂漿組成。因此,砌體的收縮率也與塊體和砂漿的體積收縮率有關。

4 墻體開裂機理

對于框架結構和框剪結構的填充墻裂縫問題,可以把每一面墻所包含的梁、柱、門窗洞口和填充墻、外墻裝飾層等視為有機結合的一個整體。在這個整體墻中,由于諸多內在因素的影響,產生形式多樣的內應力,這種內應力從墻體砌筑完成便已開始形成并一直會在墻體中發生變化。當變化過程中形成較大的內應力集中在墻體的某一部位,且該處的強度不足以抗衡時,該處則會產生裂縫并將這部分的集中應力逐步釋放。

填充墻開裂會經過以下三個步驟:1)“整體墻”內部形成較大的內應力;2)內應力在墻體的某一部位出現應力集中;3)在應力集中的部位,砌體的抗拉強度不足以抗衡集中應力的作用,以裂縫的形式表現。

5框架填充墻體裂縫成因分析

5.1溫度變化影響

溫度作用是一種變形作用。結構物在溫度作用下會產生變形,若變形受到約束,會在結構內部產生約束應力。這種由溫度作用而產生的應力稱為溫度應力。當某處砌體的溫度應力超出了其抗拉抗剪強度極限值時,該處則會產生裂縫并將這部分的集中應力逐步釋放。

5.2砌體的干縮

填充墻的干縮裂縫大多與采用墻體材料的收縮性能和結構約束條件有關,通常砌體收縮值和結構約束小的砌體,一般不易產生干縮裂縫。但當塊體含水量控制不嚴或砌筑質量欠佳時,易沿砌筑砂漿灰縫處產生干縮裂縫,此外上述裂縫還與砌塊成型后放置時間有關。一般要求最少放置一個月以后再出廠,以減少其早期收縮。

5.3其他因素影響

5.3.1 不均勻沉降

底層墻體的斜裂縫、正八字或倒八字裂縫為地基基礎不均勻沉降引起的變形裂縫,簡稱沉降裂縫。

5.3.2 受力

底層窗下墻,在條形地基反力的作用下,為彎、剪構件,因而在窗下墻中間的上部出現垂直裂縫,而在支座附近出現斜裂縫。

5.3.3 設計構造和施工不當造成裂縫

框架填充墻是框架成型后再砌筑成的,當選用的砌塊或磚外形尺寸不規范或砌筑的規格與墻體尺寸不匹配時,墻體很難被填滿,造成砌體與框架結構的梁板柱交接部位空隙過大而開裂。

6 結束語

總的來講,框架填充墻裂縫的影響因素多,內容也較為復雜,目前對它的研究仍然處于一種初步階段,定性分析多,定量分析少。因此,關于填充墻裂縫成因的分析還有很多地方需要去深入研究。

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作者簡介:李永富(1980-)男、河北承德人,主要從事建筑工程設計研究。