砌體結構房屋產生裂縫的原因分析及預防措施

曹建萍

目前,砌體結構房屋出現各種形式的裂縫非常常見,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,嚴重的將形成結構安全隱患,甚至發生工程事故。通過分析,引起砌體結構裂縫的原因很多,有的是地基、溫度、干縮,也有的是設計、施工、材料的原因。這里將砌體結構裂縫分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類,在各種直接荷載作用下結構產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約占80%以上,其中溫度裂縫更為突出。相對于受力裂縫,變形裂縫的產生機理和影響因素復雜得多,本文主要分析砌體結構的變形裂縫。

1 裂縫產生的原因分析

產生這些裂縫的根本原因有:1)由于溫度變化引起的;2)由于材料收縮引起的;3)由于地基不均勻沉降引起的。

1.1 砌體結構由于溫度變化產生裂縫的原因

由于溫度變化引起的墻體裂縫主要表現在屋面和屋頂。屋面和墻體接受陽光輻射時間不一樣,在夏季屋面溫度達到墻體溫度的2倍左右,而在相同溫度條件下,鋼筋混凝土的線膨脹系數就是磚砌體線膨脹系數的2倍,屋面變形比墻體變形大得多,屋面變形過程中產生推力,這種推力使墻體與屋面的接觸面受剪,剪力與屋蓋、挑檐或女兒墻的垂直壓力構成墻體雙向應力,當主拉應力大于墻體的抗拉強度時,墻體就會出現裂縫。屋頂垂直壓應力很小,則此區域的主拉應力等于最大剪應力,一般砌體的抗拉強度最低,尤其是經冬夏氣溫的大幅變化最容易造成裂縫。

砌體結構房屋的長度過長也會因溫度變化引起墻體開裂。這是因為當大氣溫度變化時,外墻的伸縮變形比較大,而埋在土中的基礎部分由于受土壤的保護,它的收縮變形卻很小,因此基礎必然阻止外墻的伸縮,使得墻體內產生拉應力。房屋越長,產生的拉應力也愈大,嚴重的可以使墻體開裂。

1.2 砌體結構由于材料收縮變形產生裂縫的原因

多層磚混結構的墻體所用的材料有砌塊、灰砂磚、粉煤灰磚等,隨著時間的推移,它們的含水量降低,材料會產生較大的干縮變形。如混凝土砌塊的干縮率為0.3 mm/-0.45 mm,相當于25℃～40℃的溫度變形,輕骨料塊體砌體的干縮變形更大。當然,干縮變形是有一定特點的,早期呈比較快的趨勢,如砌塊出窯后放置28 d能完成50%左右的干縮變形,但以后逐步變慢,幾年后材料就能停止干縮。

1.3 由于地基不均勻沉降引起墻體開裂的原因

房屋下面的地基承受整幢房屋的荷載而產生壓縮變形,房屋隨之沉降。當地基土層不一致或土層一致而上部荷載不均勻,結構物剛度差別懸殊時,地基就產生不同的壓縮變形而形成不均勻沉降,使房屋的墻體中產生彎曲和剪切引起的附加應力。當差異沉降較大時,墻體內產生的拉應力將超過砌體的抗拉強度,墻體中會出現裂縫。地基、基礎、建筑物構成了一個整體共同工作,其內力和變形形態與土的性質、建筑物與地基的剛度、基礎與建筑物的尺寸形狀、材料的彈塑性性質、徐變等影響因素有關。

2 裂縫的預防、控制措施

1)防止主要由溫度變化引起的砌體結構開裂,宜采取下列構造措施:a.屋蓋上設置保溫層或隔熱層,減緩熱脹冷縮動力源。b.在屋面水泥砂漿找平層或剛性防水層適當部位設置分倉縫(控制縫),控制縫的間距不大于30 m。c.當采用現澆混凝土挑檐的長度大于12 m時,宜設置分隔縫,分隔縫的寬度不應小于20 mm,縫內用彈性油膏嵌縫。d.建筑物溫度伸縮縫的間距除應滿足GBJ 3-88砌體結構設計規范第5.3.2條的規定外,宜在建筑物墻體的適當部位設置控制縫,控制縫的間距不宜大于30 m。e.女兒墻一定范圍增加構造柱,分散溫度應力。f.非地震地區,在房屋頂層宜設鋼筋混凝土圈梁。若采用鋼筋混凝土圈梁,圈梁不宜外露。若不設圈梁,可在屋蓋四周檐口下的砌體內配置適當轉角鋼筋。設置溫度伸縮縫,將過長的房屋用溫度縫分割成幾個長度較小的獨立單元,使每個單元砌體因收縮和溫度變形產生的拉應力小于抗拉強度時,就能防止和減少這種裂縫。建筑物溫度伸縮縫的間距應滿足《砌體結構設計規范》的規定。

2)防止主要由墻體材料干縮引起的裂縫,可采用下列措施:a.設置控制縫。在墻的高度突然變化處、墻的厚度突然變化處、不大于離相交墻或轉角墻允許接縫距離之半、門、窗洞口的一側或兩側設置豎向控制縫?？刂瓶p在樓、屋蓋處可不貫通?？刂瓶p做成隱式,與墻體的灰縫相一致。b.設置灰縫鋼筋。設計者在設計過程中,針對建筑墻體的具體情況,對灰縫鋼筋在墻里設計位置、間距、形式、質地、錨入長度、防腐處理、抗剪性都要做必要計算。c.在建筑物墻體中設置配筋帶。在樓蓋處和屋蓋處、墻體的頂部、窗臺的下部設置配筋帶。配筋帶的間距不應大于2 400 mm,也不宜小于800 mm。配筋帶的鋼筋,對190 mm厚墻,不應小于2φ 12,對 250 mm～300 mm厚墻不應小于2φ 16,當配筋帶作為過梁時,其配筋應按計算確定。配筋帶鋼筋宜通長設置,當不能通長設置時允許搭接,搭接長度不應小于45d和600 mm。配筋帶鋼筋應彎入轉角墻處錨固,錨固長度不應小于35d和400 mm。設置配筋帶房屋的控制縫間距不宜大于30 m。

3)防止主要由地基沉降引起的裂縫,應以預防為主,可采用下列措施:a.建筑物的平面、體型盡量簡化、力求簡單。b.合理設置沉降縫,在建筑物平面轉折處、建筑高度荷載突變處、結構類型不同處以及地基土軟硬交界處設置沉降縫。c.減輕結構自重。d.增強建筑物的剛度和強度,設置封閉圈梁和構造柱,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、剛度大的基礎形式,大跨度窗臺采用鋼筋混凝土窗臺梁并根據規范要求在窗洞兩側增加構造柱等。e.減小或調整基底的附加應力,改變基礎地面尺寸,盡量簡化基礎受力,采用單一基礎類型,使不同荷載的基礎沉降量接近。f.采用天然地基做持力層的,基槽清理一定要到位。g.鉆孔混凝土攪拌樁在打樁鉆孔時清孔要徹底,減少樁基礎的沉降。

4)其他裂縫。這些縫比如未可遇見的由于地震引起的裂縫、施工洞預留不當造成的洞邊縫、施工過程中的通縫、砌體砂漿不飽滿、砌體上墻不澆水等形成的縫隙。a.設計時按抗震規范要求設計并適當提高砌體砂漿標號。b.施工時嚴格要求,施工人員需上崗前開碰頭會進行技術交底并有上崗證。c.建筑材料需合格。d.嚴格按照驗收規范進行施工和監督,特別在填充墻方面施工單位和監理單位有時會疏忽。

3 結語

產生裂縫的原因很復雜,所以要以預防為主,預防的主要措施是:

1)設計時考慮周全,盡量排除動力源。

2)施工圖審查時,認真仔細,對設計中不足提出補救措施。

3)施工過程中嚴格按照國家驗收規范和施工圖要求施工。

4)質量監督時嚴格按照國家驗收規范和圖紙把好材料和技術關,對施工中不符合要求的嚴令整改。

5)根據建筑物的具體情況,如場地土及地震設防烈度、基礎結構布置形式、建筑物平面、外形等,綜合采用上述抗裂措施。

[1] GBJ 3-88,砌體結構設計規范[S].

[2] GB 50068,建筑結構可靠性設計統一標準[S].

[3] GB 50003,氣體結構設計規范[S].

[4] 苑振芳,劉 斌.關于砌體結構裂縫控制措施的建議[A].99全國砌體結構學術會議論文集[C].1999:9.

[5] 唐岱新,龔紹熙,周炳章.砌體結構設計規范理解與應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2002:6.

[6] 翟希梅,唐岱新,張玉紅.控制縫對砌體建筑抗震性能影響與分析[J].低溫建筑技術,2002(5):2.