砌體結(jié)構(gòu)頂層墻體裂縫成因分析與預(yù)防措施

李洪莉

砌體結(jié)構(gòu)的房屋墻體開裂已成為一種通病,有的裂縫在較長時間內(nèi)不穩(wěn)定,且隨著氣候變化而變化,有的經(jīng)過修補加固后,仍舊會裂開,處于活動狀態(tài),已經(jīng)深刻影響了人們的生產(chǎn)和生活。頂層墻體裂縫在建筑物頂層端部房間更為明顯,裂縫的產(chǎn)生是由很多因素造成的,可總結(jié)為以下幾個方面。

1 在結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在的問題

主要表現(xiàn)在:1)建筑物頂層端部剪應(yīng)力與溫度成正比,與水平阻力系數(shù)、材料彈性模量、建筑物長度呈非線性關(guān)系,控制溫度應(yīng)力引起墻體裂縫的主要因素有多種,而不是建筑物長度單一因素,因此用伸縮縫作為控制裂縫的唯一方法是不全面的。2)磚混房屋長度過長,如有的住宅5個單元連在一起,總長度超過溫度變形允許長度,規(guī)范規(guī)定總長超過60 m應(yīng)設(shè)伸縮縫,有的房屋超過較多而未設(shè),也未采取其他措施。3)在磚混結(jié)構(gòu)中設(shè)置構(gòu)造柱時只考慮符合抗震規(guī)范,不考慮實際存在的溫度應(yīng)力,未對建筑物端部的裂縫多發(fā)區(qū)重點加強。構(gòu)造柱是增強建筑物整體性,抵抗地震作用的重要構(gòu)造措施,過去不少設(shè)計構(gòu)造柱的設(shè)置只考慮符合抗震規(guī)范,不考慮實際已存在的溫度應(yīng)力,認(rèn)為溫度應(yīng)力在規(guī)范上未明確規(guī)定計算的方法,不考慮不能算是設(shè)計錯誤。因此,設(shè)計人員對6層以下住宅,基本上是隔間布置構(gòu)造柱,未對建筑物端部裂縫多發(fā)區(qū)予以重點加強,構(gòu)造柱的布置有的較稀,每隔2道～3道內(nèi)橫墻才設(shè),靠近建筑物端部往往也是一視同仁。4)有些房屋采用屋頂鋼筋混凝土大挑檐,有時還上卷,為平衡懸挑荷重,一般在室內(nèi)屋蓋部分現(xiàn)澆一部分屋蓋板。由于屋面挑檐為外露結(jié)構(gòu),且在大挑檐上的保溫層較薄或不做保溫層,對溫度的變化十分敏感。這時外挑檐、圈梁及現(xiàn)澆屋蓋部分共同組成剛度較大的現(xiàn)澆連續(xù)板,如遇溫度變化,就會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。溫度升高時,引起墻體開裂;溫度下降時,挑檐本身則會產(chǎn)生裂縫。5)選用磚、砂漿強度等級僅考慮砌體的豎向承載力,往往越到頂層強度越低,有些建筑物底部幾層采用MU10級磚,M5級砂漿,而到頂層則為M U7.5級磚,M2.5級砂漿,設(shè)計人員習(xí)慣從強度上考慮,對溫度應(yīng)力引起的抗剪強度及變形則考慮較少。

2 在施工中存在的問題

主要表現(xiàn)在:1)由于人們在以往的工程施工中,只是注重荷載引起的承載力變化,對于溫度引起的應(yīng)力變化往往忽視,在越往上的施工中,對砂漿強度和砌體質(zhì)量不夠重視,造成實際墻體等級過低,難以抵抗屋面作用到墻體上的溫度應(yīng)力而開裂,因此頂層、次頂層墻體砂漿不應(yīng)低于底層墻體砂漿強度等級。2)因為施工質(zhì)量差,頂層保溫、隔熱層及墻體抗剪強度達不到設(shè)計要求。施工時留置施工縫(直槎)較多,且未按構(gòu)造設(shè)置馬牙槎和拉結(jié)筋,構(gòu)造柱與墻體連接處混凝土澆筑質(zhì)量差,缺陷較多,也是造成墻體整體剛度差,引起開裂的原因。

3 材料方面

材料方面主要表現(xiàn)在鋼筋混凝土現(xiàn)澆屋面和磚砌體的線性膨脹系數(shù)相差大。試驗表明鋼筋混凝土線性膨脹系數(shù)是磚砌體線性膨脹系數(shù)的2.4倍,因而鋼筋混凝土屋蓋溫度引起的變性差值比磚砌體大得多,導(dǎo)致組合砌體之間產(chǎn)生相對位移,鋼筋混凝土屋蓋位受磚砌體約束,即使在相同溫度下,也會產(chǎn)生混凝土屋面相對于磚砌體的位移。由于磚砌體對混凝土現(xiàn)澆板梁位移的約束,在砌體內(nèi)部產(chǎn)生了剪應(yīng)力和拉應(yīng)力,因結(jié)構(gòu)端部的相對位移最大,故端部產(chǎn)生的剪應(yīng)力與拉應(yīng)力也最大,當(dāng)該剪應(yīng)力與拉應(yīng)力大于砌體材料的抗剪強度和抗拉強度時,就產(chǎn)生了溫度裂縫。

4 受環(huán)境影響

由于建筑物處在自然環(huán)境中,受溫度、季節(jié)及風(fēng)雨等自然條件的影響大,而頂層外露面多,室內(nèi)外溫度差異懸殊,由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也較大,形成墻體脹縮幅度大、頻率高,是墻體開裂的主要原因。特別是在炎熱的夏季,迎光面的墻體溫度是背光面的兩倍左右,墻體長度方向剪力最大而中部為零,所以,頂層或次頂層的內(nèi)外縱墻上常產(chǎn)生“八”字形斜裂縫;而門窗洞口應(yīng)力易集中,亦是裂縫多發(fā)區(qū)。在相同溫度條件下,鋼筋混凝土溫度膨脹系數(shù)是磚砌體的兩倍,屋面結(jié)構(gòu)層在升溫過程中,同一溫度單元內(nèi)沿房屋長度方向變形最大,而墻體則次之,這樣使屋面與墻體接觸面受剪,產(chǎn)生很大推力,致使墻體沿屋面間產(chǎn)生斜裂縫。另外因屋面對圈梁的推壓作用,圈梁下的墻體易產(chǎn)生水平裂縫。

5 頂層墻體裂縫的防治措施

1)增強屋面保溫層的保溫效果。在屋頂隔熱層設(shè)計中,應(yīng)適當(dāng)加大隔熱層厚度,選擇隔熱性能好的隔熱材料,泡沫塑料—水泥混凝土屋面保溫隔熱層是綜合泡沫塑料優(yōu)良的絕熱性能及水泥混凝土牢固耐久性而設(shè)計的。克服了現(xiàn)在單純水泥混凝土塊隔熱層夏季隔熱效果差,冬季熱流失大的缺陷,達到保溫隔熱效果好、受力均勻、牢固耐壓、光潔美觀、施工方便等優(yōu)點。主要技術(shù)措施是利用泡沫塑料的絕熱性能,制成與各種需保溫隔熱的物體相配套的泡沫塑料保溫隔熱塊等,用于建筑、生活領(lǐng)域,對于標(biāo)準(zhǔn)較高的住宅,還可采用雙層隔熱。屋面保溫層的最小厚度應(yīng)較現(xiàn)在的做法有所提高,盡量不采用爐渣保溫,保溫材料要嚴(yán)格控制質(zhì)量、含水率。必要時,屋面在有保溫層的基礎(chǔ)上增設(shè)架空隔熱層。2)在設(shè)計中盡可能縮短建筑物的設(shè)縫長度,頂層墻體材料的選擇也不能按常規(guī)設(shè)計(如頂層墻體一般采用M U7.5磚砌體和M5混合砂漿砌筑)。實際設(shè)計時,在端部應(yīng)采用MU10磚砌體和M10混合砂漿砌筑,以提高砌體的抗剪、抗拉強度。對于結(jié)構(gòu)長度較長,頂層墻體開洞較大等其他不利因素較多時,還可在墻體內(nèi)每高500 mm設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。3)設(shè)計者重視抗裂構(gòu)造的設(shè)計,在設(shè)計過程中,除對強度做必要計算,應(yīng)針對墻體的具體情況,進行必要的抗裂驗算,提出防裂的具體要求和措施,從源頭上防止裂縫的產(chǎn)生。頂層兩端房間外縱墻與內(nèi)橫墻交接處及山墻與內(nèi)縱墻交接處均設(shè)構(gòu)造柱,抗裂柱上下端錨固在相應(yīng)圈梁內(nèi)。多層房屋頂層圈梁宜沿所有內(nèi)外墻設(shè)置,橫墻圈梁間距不應(yīng)大于兩個開間,且不大于7 m,這樣才能通過圈梁有效地傳遞溫差引起的水平剪應(yīng)力,并起到龍骨作用。4)改進挑檐設(shè)計。設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)天溝排水;在鋼筋混凝土挑檐表面設(shè)置保溫隔熱層;當(dāng)采用現(xiàn)澆混凝土挑檐的長度大于12 m時,宜設(shè)置分隔縫,分隔縫的寬度不應(yīng)小于20 mm,縫內(nèi)用彈性油膏嵌縫。5)砂漿強度,磚的濕潤強度、砂漿的和易性、灰縫的飽滿度以及鋪灰與磚操作的連續(xù)性等,都直接影響到砌體的強度和質(zhì)量,因此,應(yīng)嚴(yán)格按施工規(guī)范進行施工。多層磚混結(jié)構(gòu)頂層的砌筑砂漿宜采用M7.5水泥砂漿,同時在低于屋面圈梁800 mm處的砌體內(nèi),布設(shè)兩根φ 6封閉鋼筋,在外縱墻與內(nèi)縱墻未設(shè)構(gòu)造柱處增設(shè)T字形墻拉結(jié)筋,每邊伸入墻內(nèi)不少于1 m,以增強砌體的整體性。6)砌體砌筑時,砂漿的和易性、磚的含水率、水平灰縫的厚度、塊體的砌合方法及施工的連續(xù)性都直接影響砌體的強度和質(zhì)量,施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙和規(guī)范要求進行施工。

[1]胡益民.現(xiàn)澆混凝土屋面住宅的頂層墻體裂縫控制設(shè)計[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版),2002(20):30-32.

[2]肖亞明.砌體結(jié)構(gòu)裂縫與控制問題研究綜述[A].第三屆全國工程學(xué)術(shù)會議論文集[C].1994.

[3]苑振芳.砌體結(jié)構(gòu)的局部配筋對裂縫控制和伸縮縫間距影響的討論[J].工程建議標(biāo)準(zhǔn)化,1996(25):26-28.

[4]魯先國,江傳順.控制頂層墻體溫度裂縫的預(yù)應(yīng)力加壓法[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報,1999(3):43-45.

[5]張明松.砌體結(jié)構(gòu)開裂原因及加固方法[J].山西建筑,2009,35(4):180-181.