曹建萍

目前,砌体结构房屋出现各种形式的裂缝非常常见,其裂缝程度轻重不一,差别很大,轻则影响房屋正常使用和美观,严重的将形成结构安全隐患,甚至发生工程事故。通过分析,引起砌体结构裂缝的原因很多,有的是地基、温度、干缩,也有的是设计、施工、材料的原因。这里将砌体结构裂缝分为受力裂缝和非受力裂缝两大类,在各种直接荷载作用下结构产生的裂缝称为受力裂缝,而砌体因收缩、温度、湿度变化、地基沉陷不均等引起的裂缝是非受力裂缝,又称变形裂缝。砌体房屋的裂缝中变形裂缝约占80%以上,其中温度裂缝更为突出。相对于受力裂缝,变形裂缝的产生机理和影响因素复杂得多,本文主要分析砌体结构的变形裂缝。

1 裂缝产生的原因分析

产生这些裂缝的根本原因有:1)由于温度变化引起的;2)由于材料收缩引起的;3)由于地基不均匀沉降引起的。

1.1 砌体结构由于温度变化产生裂缝的原因

由于温度变化引起的墙体裂缝主要表现在屋面和屋顶。屋面和墙体接受阳光辐射时间不一样,在夏季屋面温度达到墙体温度的2倍左右,而在相同温度条件下,钢筋混凝土的线膨胀系数就是砖砌体线膨胀系数的2倍,屋面变形比墙体变形大得多,屋面变形过程中产生推力,这种推力使墙体与屋面的接触面受剪,剪力与屋盖、挑檐或女儿墙的垂直压力构成墙体双向应力,当主拉应力大于墙体的抗拉强度时,墙体就会出现裂缝。屋顶垂直压应力很小,则此区域的主拉应力等于最大剪应力,一般砌体的抗拉强度最低,尤其是经冬夏气温的大幅变化最容易造成裂缝。

砌体结构房屋的长度过长也会因温度变化引起墙体开裂。这是因为当大气温度变化时,外墙的伸缩变形比较大,而埋在土中的基础部分由于受土壤的保护,它的收缩变形却很小,因此基础必然阻止外墙的伸缩,使得墙体内产生拉应力。房屋越长,产生的拉应力也愈大,严重的可以使墙体开裂。

1.2 砌体结构由于材料收缩变形产生裂缝的原因

多层砖混结构的墙体所用的材料有砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等,随着时间的推移,它们的含水量降低,材料会产生较大的干缩变形。如混凝土砌块的干缩率为0.3 mm/-0.45 mm,相当于25℃～40℃的温度变形,轻骨料块体砌体的干缩变形更大。当然,干缩变形是有一定特点的,早期呈比较快的趋势,如砌块出窑后放置28 d能完成50%左右的干缩变形,但以后逐步变慢,几年后材料就能停止干缩。

1.3 由于地基不均匀沉降引起墙体开裂的原因

房屋下面的地基承受整幢房屋的荷载而产生压缩变形,房屋随之沉降。当地基土层不一致或土层一致而上部荷载不均匀,结构物刚度差别悬殊时,地基就产生不同的压缩变形而形成不均匀沉降,使房屋的墙体中产生弯曲和剪切引起的附加应力。当差异沉降较大时,墙体内产生的拉应力将超过砌体的抗拉强度,墙体中会出现裂缝。地基、基础、建筑物构成了一个整体共同工作,其内力和变形形态与土的性质、建筑物与地基的刚度、基础与建筑物的尺寸形状、材料的弹塑性性质、徐变等影响因素有关。

2 裂缝的预防、控制措施

1)防止主要由温度变化引起的砌体结构开裂,宜采取下列构造措施:a.屋盖上设置保温层或隔热层,减缓热胀冷缩动力源。b.在屋面水泥砂浆找平层或刚性防水层适当部位设置分仓缝(控制缝),控制缝的间距不大于30 m。c.当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12 m时,宜设置分隔缝,分隔缝的宽度不应小于20 mm,缝内用弹性油膏嵌缝。d.建筑物温度伸缩缝的间距除应满足GBJ 3-88砌体结构设计规范第5.3.2条的规定外,宜在建筑物墙体的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不宜大于30 m。e.女儿墙一定范围增加构造柱,分散温度应力。f.非地震地区,在房屋顶层宜设钢筋混凝土圈梁。若采用钢筋混凝土圈梁,圈梁不宜外露。若不设圈梁,可在屋盖四周檐口下的砌体内配置适当转角钢筋。设置温度伸缩缝,将过长的房屋用温度缝分割成几个长度较小的独立单元,使每个单元砌体因收缩和温度变形产生的拉应力小于抗拉强度时,就能防止和减少这种裂缝。建筑物温度伸缩缝的间距应满足《砌体结构设计规范》的规定。

2)防止主要由墙体材料干缩引起的裂缝,可采用下列措施:a.设置控制缝。在墙的高度突然变化处、墙的厚度突然变化处、不大于离相交墙或转角墙允许接缝距离之半、门、窗洞口的一侧或两侧设置竖向控制缝。控制缝在楼、屋盖处可不贯通。控制缝做成隐式,与墙体的灰缝相一致。b.设置灰缝钢筋。设计者在设计过程中,针对建筑墙体的具体情况,对灰缝钢筋在墙里设计位置、间距、形式、质地、锚入长度、防腐处理、抗剪性都要做必要计算。c.在建筑物墙体中设置配筋带。在楼盖处和屋盖处、墙体的顶部、窗台的下部设置配筋带。配筋带的间距不应大于2 400 mm,也不宜小于800 mm。配筋带的钢筋,对190 mm厚墙,不应小于2φ 12,对 250 mm～300 mm厚墙不应小于2φ 16,当配筋带作为过梁时,其配筋应按计算确定。配筋带钢筋宜通长设置,当不能通长设置时允许搭接,搭接长度不应小于45d和600 mm。配筋带钢筋应弯入转角墙处锚固,锚固长度不应小于35d和400 mm。设置配筋带房屋的控制缝间距不宜大于30 m。

3)防止主要由地基沉降引起的裂缝,应以预防为主,可采用下列措施:a.建筑物的平面、体型尽量简化、力求简单。b.合理设置沉降缝,在建筑物平面转折处、建筑高度荷载突变处、结构类型不同处以及地基土软硬交界处设置沉降缝。c.减轻结构自重。d.增强建筑物的刚度和强度,设置封闭圈梁和构造柱,特别是增强顶层和底层圈梁,合理布置纵横墙,采用整体性好、刚度大的基础形式,大跨度窗台采用钢筋混凝土窗台梁并根据规范要求在窗洞两侧增加构造柱等。e.减小或调整基底的附加应力,改变基础地面尺寸,尽量简化基础受力,采用单一基础类型,使不同荷载的基础沉降量接近。f.采用天然地基做持力层的,基槽清理一定要到位。g.钻孔混凝土搅拌桩在打桩钻孔时清孔要彻底,减少桩基础的沉降。

4)其他裂缝。这些缝比如未可遇见的由于地震引起的裂缝、施工洞预留不当造成的洞边缝、施工过程中的通缝、砌体砂浆不饱满、砌体上墙不浇水等形成的缝隙。a.设计时按抗震规范要求设计并适当提高砌体砂浆标号。b.施工时严格要求,施工人员需上岗前开碰头会进行技术交底并有上岗证。c.建筑材料需合格。d.严格按照验收规范进行施工和监督,特别在填充墙方面施工单位和监理单位有时会疏忽。

3 结语

产生裂缝的原因很复杂,所以要以预防为主,预防的主要措施是:

1)设计时考虑周全,尽量排除动力源。

2)施工图审查时,认真仔细,对设计中不足提出补救措施。

3)施工过程中严格按照国家验收规范和施工图要求施工。

4)质量监督时严格按照国家验收规范和图纸把好材料和技术关,对施工中不符合要求的严令整改。

5)根据建筑物的具体情况,如场地土及地震设防烈度、基础结构布置形式、建筑物平面、外形等,综合采用上述抗裂措施。

[1] GBJ 3-88,砌体结构设计规范[S].

[2] GB 50068,建筑结构可靠性设计统一标准[S].

[3] GB 50003,气体结构设计规范[S].

[4] 苑振芳,刘 斌.关于砌体结构裂缝控制措施的建议[A].99全国砌体结构学术会议论文集[C].1999:9.

[5] 唐岱新,龚绍熙,周炳章.砌体结构设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2002:6.

[6] 翟希梅,唐岱新,张玉红.控制缝对砌体建筑抗震性能影响与分析[J].低温建筑技术,2002(5):2.