屋面溫差和寬度對砌體屋頂墻體溫度裂縫研究

高雪梅

0 引言

裂縫分為微觀裂縫和宏觀裂縫，通常把小于0.05 mm的裂縫稱為微觀裂縫，不小于0.05 mm的裂縫稱為宏觀裂縫，在學術上屬于結構材料強度理論范疇。砌體結構裂縫在現實中是一個普遍的現象，所以對砌體結構裂縫的研究具有現實意義。

1 砌體結構溫度裂縫的介紹

據統計，砌體結構裂縫的80%以上是由于溫度變化和材料收縮引起的。所以，砌體結構溫度裂縫是一個相當普遍的問題，它已成為影響房屋使用、美觀和耐久性的主要因素之一。砌體結構產生溫度裂縫主要由以下兩個方面造成:

1)“內約束應力”產生裂縫，即:砌體結構建筑物地面以上與地面以下部分、室內與室外部分存在溫差，溫差造成墻體內外變形不一致，如果墻體長期處于不協調的溫差變形就會開裂，從而產生溫度裂縫。2)“外約束應力”產生裂縫，即:由于砌體結構建筑物的鋼筋混凝土屋蓋、樓蓋和砌體材料的膨脹系數不同，在溫差的作用下，它們將產生不同的變形，墻體對屋蓋或樓板有一定的約束作用，必然會在樓蓋或屋蓋中引起壓應力和剪應力，在墻體中產生拉應力和剪應力，當墻體中的主拉應力或剪應力大于砌體的抗拉或抗剪強度時，墻體將產生斜裂縫，或在墻體與圈梁的接觸面上產生水平裂縫，也就是所謂的溫度裂縫。

2 屋頂墻體溫度應力的簡化計算

為使計算結果更符合實際情況、便于應用，王鐵夢教授提出了剛性墻體法計算模型(見圖1)。其基本原理是假定墻體為半無限體、無限剛性地基，溫度應力與結構(墻體)平面尺寸無關;屋面板為作用在地基上的彈性板，相對于墻體，屋面板與墻頂接觸面的剪應力τ與水平變位值u成線性比例，即:

其中，Cx為比例系數(水平阻力系數)，表示引起單位位移的剪應力，N/mm2。

與彈性地基板類似，在屋面板中截取一微段，則可建立混凝土屋面板的平衡方程，再加上邊界條件，可得出鋼筋混凝土屋面板與磚墻接觸面上的剪應力[3]:

3 頂板寬度和頂板的溫差對溫度應力的影響

某磚混住宅板厚100 mm，混凝土采用C20，彈性模量為Ec=2.55×104N/mm2，線膨脹系數 α1=1×10-5，墻體是磚砌體，墻240 mm厚，線膨脹系數 α2=5×10-6，頂板與磚砌體的阻力系數Cx=0.8 N/mm2，L=33 000，磚砌體采用 Mu10，M5。

本文取 b=1 500 mm，2 000 mm ，2 500 mm ，3000 mm ，3 500 mm，4 000 mm，求在溫差為20℃時墻體頂端水平應力，計算結果如圖2所示;取頂板溫差 5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，求b=3 000時墻體頂端水平應力，計算結果如圖3所示。

從圖中可以看出，當頂板寬度增加500 mm時，應力增加17.1%，12.2%，8.7%，6%，可見墻體承擔的頂板寬度對溫度應力的影響甚微;當溫度增加 5℃時，應力增加 100%，50%，33.3%，25%，20%，可見頂板的溫差對墻體影響特別大，所以應從控制頂板溫差和其他一些措施來防治溫度應力產生的裂縫。

4 結語

由于墻體的溫度裂縫對砌體結構的耐久性有重要的影響，在現實社會中，因墻體裂縫、滲漏等，涉及的糾紛或官司也越來越多，建筑物的裂縫已成為住戶評判建筑物安全的一個非常直觀、敏感和首要的質量標準。因此，應采取措施來控制砌體結構裂縫的產生，如:

1)提高屋面保溫層的保溫隔熱性能，設計上必須按建筑節能設計標準，對屋面保溫進行熱工計算，對保溫材料提出質量密度、粒徑、導熱系數及含水率等技術指標的要求。在施工上應嚴格按照設計施工規范的規定進行施工，確保屋面保溫層的質量[5]。2)在屋面板和墻體間設置滑動層(瀝青油氈、滑石粉、白鐵皮等)，再把圈梁設于滑動層下，若能控制圈梁與屋面板之間的可能微動但不能產生較大的滑動(有鋼筋拉結)，既解決了裂縫問題，又不降低抗剪能力。3)提高砌體結構的質量，加強墻體抗溫度應力的能力，減少溫度裂縫的產生。砌體抵抗溫度應力，主要取決于砌體的抗剪強度，施工質量對砌體的抗剪強度有重要的影響，因此，嚴格按施工規范進行施工是非常必要的，同時還建議砌體結構頂層的砂漿強度等級不應低于M5。

[1] 杜紹堂.混合結構房屋溫度縫和預防措施[J].昆明冶金高等專科學校學報，1999，15(2):54-58.

[2] 王乃義，林正軍，李 建.砌體結構的溫度裂縫產生原因及防治[J].中國油脂，2009，26(3):68.

[3] 張順寶，沈 欣.磚混結構屋頂墻體裂縫計算分析[J].工程力學，2001(sup):174-178.

[4] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[5] 鄭 偉.磚混結構溫差裂縫的防治措施[J].建筑科學，1999(1):48-51.

[6] 趙 麗.磚混結構墻體裂縫的成因與防治[J].山西建筑，2009，35(25):172-173.