所属栏目：推荐论文发布时间：2011-06-25浏览量:295
从结构设计问题谈墙体裂缝
邵学兵 何诚 谭生荣
摘 要：砖混结构顶层墙体出现裂缝就是一个具有代表性的问题，本文首先就这些裂缝的特征及原因以具体工程实例进行了分析，并针对结构设计中存在的问题提出了预防措施；然后对墙体出现裂缝后的修补进行了阐述。
关键词： 结构设计 墙体裂缝
结构设计是建筑工程设计中的一个重要环节，在实际设计工作中，我们常常会遇到一些虽然普通而常见，但却十分棘手的问题。例如，砖混结构顶层墙体出现裂缝就是一个具有代表性的问题。在砖混结构住宅的施工中，顶层墙体易产生裂缝，这些裂缝往往有某些共同的特征，其产生的原因却是由多种因素造成的，这就对设计提出了要求。怎样设计才能能减少裂缝的产生呢？首先，分析裂缝的特征及其产生的原因是前提，近而妥当处理结构设计中的问题，采取必要的预防措施，并对出现的裂缝进行修补。
1、裂缝的特征及产生的原因
为了很好地说明这一问题，我们以工程事例来进行具体说明和分析。某砖混结构住宅在交付使用一年后(经过冬季)，顶层住户发现墙体产生裂缝。为此，甲方组织设计、施工、监理三方到现场，经过实地考察，发现裂缝的情况为：内外纵墙各出现一条斜裂缝，东高西低，上宽下窄；顶棚南、西、北三面阴角均出现通长水平裂缝。就裂缝的产生，分析如下：
特征：这类裂缝多发生顶层南北外纵墙及相邻横墙连接部位，且裂缝多为斜裂缝。有些门窗洞口角部存在裂缝。在顶层外纵向砖墙与圈梁结合面存在通长水平裂缝和斜裂缝。与外纵墙交接的横墙上还出现上宽下窄的斜向裂缝。由于温度变形的作用，在房屋外面可见女儿墙斜裂缝。女儿墙斜裂缝出现在两端，裂缝自上而下撇向墙的两端，形似八字形。女儿墙水平裂缝沿女儿墙与钢筋混凝土梁顶的屋面或屋面板顶的砖缝出现，中部较轻，两端严重。有的水平裂缝与拐角的女儿墙裂缝连通，组成水平包角裂缝。
原因：因屋面长时间受阳光辐射，还有气温的变化，不同材料及不同结构部位的变形是不一致的，并存在着较强的约束。在相同的温度条件下，钢筋混凝土屋面及圈梁的线膨胀系数是砖砌体线膨胀系数的2倍多。在炎热的夏季，屋面的温度是其下砖砌体温度的2倍左右，且在相同温度条件下，钢筋混凝土的线膨胀系数是砖砌体线膨胀系数的两倍，这就使屋盖变形要比砖墙变形大得多，这种变形的较大差异是砖混结构顶层墙体产生裂缝的本质原因。屋盖在变形过程中，产生了很大的推力，作用在墙体顶端的水平推力使墙体与屋盖的接触面受剪 ，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抗拉强度时，墙体就会出现裂缝。沿墙体分布的剪应力大致为两端最大，中部为零。由于端部的正应力较小，其主拉应力接近于剪应力，则可能引起斜裂缝，在窗口、门口处由于应力集中，易产生裂缝，由于屋盖对圈梁的推挤作用，圈梁下的砖砌体易出现水平裂缝裂缝。顶棚南、西、北三面阴角出现的通长水平裂缝是因为屋面板变形集中于端部，给外墙端部以较大的水平推力，同时现浇圈梁及挑檐的纵向温度变形集中，以及圈梁内低外高的温差，引起向外拱的变形趋势。另外，顶层墙体砂浆强度过低，降低了墙体自身抵抗水平推力的能力，这样就加剧了外墙端部墙体的水平裂缝。
2、结构设计中存在的问题
(1)建筑物顶层端部剪应力与温差成正比，与水平阻力系数、材料弹性模量、建筑物长度等呈线性关系。控制温度应力引起墙体裂缝的主要因素，因此，用伸缩缝作为控制裂缝的唯一方法是不全面的。控制裂缝应综合考虑有关因素，采取行之有效的措施。结构设计考虑强度计算、抗震结构措施多。控制温度应力的措施少，在住宅楼顶层端单元内、外纵墙出现裂缝较普遍，不可否认，结构设计未采取措施或措施不力，是形成墙体裂缝的因素之一。
(2)砖混房屋长度过长。规范规定总长度超过50m应设伸缩缝，有的房屋长度超过较多而未设，也未采取其它措施。
(3)构造柱是增强建筑物整体性，抵抗地震作用的重要构造措施，过去不少设计，构造柱的设置只考虑符合抗震规范，不考虑也不能算是设计错误。
(4)采用砖、 砂浆强度等级。越到顶层越低，有些建筑物底部几层采用MU10级砖、 M5 级砂浆，而到顶层则为MU7. 5 级砖、 M2. 5 级砂浆。设计人员习惯于从强度上考虑，对温度应力引起的抗剪强度及变形则考虑较少。
3、预防措施
根据上述墙体裂缝的特点和原因分析，顶层砖墙的温度裂缝可以从设计与施工两个方面加以控制。
设计方面：从建筑设计方面考虑，建筑平面布置力求简单、规则，不宜有太多凹凸，以防温度应力集中导致墙体裂缝。房屋的长高比应控制在允许范围以内。建筑物长度要符合温度伸缩最大间距要求，以保证房屋的整体性，防止墙体由屋面变形集中产生裂缝。纵墙端部尽量少设门窗，且门窗洞不宜过大，以增加砖墙的抗剪面积，提高其自身抗剪能力，同时可减少门窗洞口处的应力集中。温度裂缝主要是由屋面板、圈梁、砖墙本身的温度变形及相互间的温差引起的。屋面保温(隔热)层的效果好坏直接影响顶层砖墙的裂缝程度。所以，屋面保温(隔热)层一定要符合热工要求。对于保温屋面，保温材料的性能及施工方法要符合规范要求，且保温层厚度要适当加大，满足保温效果。从结构方面考虑，应提高顶层墙体砂浆砌筑强度(顶层砂浆不宜低于M5)，以提高砖墙自身抗剪能力。所有横墙、纵墙顶层均应设圈梁，以加强其整体性。但顶层圈梁特别是纵向圈梁高要做得尽量小些，以减少圈梁与砖墙之间的相互约束，继而减小屋面板变形对砖墙的水平推力。加强顶层构造柱，顶层砖墙除满足抗震要求需设构造柱外，在两端墙体中增设抗裂构造柱，保证房屋纵向端部第一、二开间范围内，横墙与纵墙交叉处均设构造柱，以增强顶层墙体刚度、整体性及其延性，大大地提高砖墙的抗剪能力。据试验，同样尺度的一片墙两端设构造柱后，其抗剪能力提高一倍左右。
施工方面：施工单位必须选用合格的保温材料。屋面保温层含水率必须大于5 %，并严格按施工操作规程施工保温层，确保屋面保温层的热工要求。同时，屋面保温(隔热)层要覆盖包括外挑檐、阳台、雨蓬在内的整个屋面。目前，普遍存在的问题是保温(隔热)层覆盖范围不够广，屋面挑檐、阳台、雨蓬顶面往往无保温(隔热)层，这样外墙上屋面挑檐、阳台、雨蓬板直接受阳光辐射，造成温差过大而产生过大的变形，导致外纵横墙端部裂缝，也加剧了端部横墙的水平裂缝。因此，一定要保温(隔热)层的质量及其覆盖面。另外，屋面最好做防护层。找平层要每隔6米设分隔缝。找坡层所用材料的含水率要严格控制，这样可以防止屋面板产生较大的变形，减少屋面温度应变与墙体温度应变产生的应变差。还要保证墙体的砌筑质量，砂浆的和易性和饱满度要符合施工规程要求。
4、墙体出现裂缝后的修补
墙体的温度裂缝是随温度变化而变化的。若用水泥砂浆、树脂砂浆等填补，这类硬质填缝材料极限拉伸率很低，如砌体尚未稳定，修补后可能再次开裂。所以要从减小温度应力差方面着手。首先要对裂缝建筑物的屋面保温(隔热)效果进行鉴定。当屋面保温层未达到热工要求时，应改善屋面保温性能，以防裂缝继续开展，然后采用如下措施对裂缝进行处理。
首先，将裂缝墙体一定范围内的粉剧层去除、清理，然后挂钢丝网，用强度等级为M10的水泥砂浆嵌填严实。如砖墙两面开裂时，需在墙体两面挂钢丝网，必须先处理好一面，并在砂浆有一定强度后再施工另一面。修补前基层要充分浇水湿润，修补后必须浇水养护。对一些轻微的裂缝可用掺107胶的水泥砂浆填补。对建筑物正常使用无明显影响的裂缝，为了美观的目的，也可以在表面覆盖装饰材料，而不封堵裂缝；墙面裂缝较多，而且裂缝贯穿墙厚时，常在墙体两面增加钢丝网，并用穿墙“∽”筋拉结固定后，两面涂抹或喷涂水泥砂浆进行加固；当裂缝较宽且墙身变形明显，或内外墙拉结不良时，仅用封堵或灌浆等措施难以取得理想的效果，这时常用加设钢杆，有时还设置封闭交圈的钢筋混凝土或钢腰箍进行整体加固。另外，还可采用水泥灌浆法。水泥灌浆法有重力灌浆和压力灌浆两种。重力灌浆法利用浆液自重灌入砌体裂缝中，达到补强的目的；压力灌浆法是应用灰浆泵把浆液压入裂缝中 ，达到补强的目的。由于灌浆材料强度都大于砌体强度，因此，只要灌浆方法和措施适当，经水泥灌浆修补的砌体强度都能满足要求，而且具有修补压力可靠，价格较低，材料来源广和施工方便等优点。