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【摘 要】砌体结构裂缝的出现往往是砌体灾害的前兆。砌体裂缝的控制看起来好象是一个比较简单的技术问题,但是却与建筑力学,热工学,地基基础学,材料学等专业知识有着十密切关系,它是一门综合性学科。是建筑工程中确保工程质量不容忽视的重要环节。在该领域中,目前尚无统一的规范和技术指标可循。文仅仅从一般理论知识和多年实践经验方面、谈谈砌体裂缝的控制措施和加固方法。
【关键词】砌体裂缝; 产生机里;控制措施;加固方法
Reason analysis and control of crack in masonry structure
Lu Jun
(Ankang Century Construction Co., Ltd. Ankang Shanxi 725000)
【Abstract】The appearance of cracks in masonry structures of masonry is often a precursor to disaster. Masonry cracks controls look like a relatively simple technical Wen Ti, but with Jianzhu mechanics, heating school, school foundation base and material sciences, has close relationship, which a comprehensive discipline. Is the construction works to ensure the quality of the project can not be ignored important part. In this field there is not uniform norms and technical specifications to follow. Text only from the general theory of knowledge and years of practical experience, to talk about the masonry crack control measures and strengthening methods.
【Key words】Masonry cracks; Mechanism; Control measures; Reinforcement
1. 概况
在砌体结构的建筑中,墙体裂缝时有发生,裂缝出现的时间、部位各不相同,不同的建筑结构形式裂缝的表现有迟,有早,但多发生在建筑工程竣工后1~3年内。缝宽大小不等,严重者形成贯穿性裂缝。砌体结构裂缝问题已经是一个普遍性问题,它不仅仅影响建筑整体的美观,它还影响建筑物的正常使用、降低建筑物的使用功能,缩短建筑物的使用年限,影响建筑物的抗震性,严重者将直接威胁到人民生命财产安全。尤其是在隹宅商品化的今天,这个问题已日益引起开发商和建筑物业主的高度关注,由此引起的诉讼已经是越来越多。因此,如何控制房屋墙体开裂的问题、就摆在工程技术人员面前的新课题。
2. 裂缝成因及类型
砌体产生裂缝的原因是多方面的,归纳起来主要有两方面:一是由荷载变化引起的裂缝,其中包括静荷载、活荷载。二是由变形引起的裂缝,主要有温度变化、地基不均匀沉降、地基不均匀冻胀、地震及砌体本身承载能力不够等方面。在砌体结构的民用建筑中,砌体裂缝绝大部分是由于变形引起的,其中温度变化和地基不均匀沉降是引起墙体开裂的主要因素。⑴由于砖砌体的线膨胀系数和钢筋混凝土线膨胀系数是不相等的,因此当温度发生变化时,二者产生变形差异。此外,由于建筑物中的构件大多属于超静定杆件,具有多个约束,对由于温度变化所引起的变形将予以限制,从而会在构件内产生温度应力。对墙体与混凝土之间的变形差异势必在砌体中产生很大的拉力和剪力,这些力超过一定限度时,砌体就产生错位裂缝,温度裂缝是造成墙体早期开裂的主要原因。由于温度应力而产生的裂缝具有“顶层重下层轻”、“两端重中间轻”、“阳面重阴面轻”的特点与规律。⑵当地基发生不均匀沉降后,沉降大的部分砌体与沉降小的部分砌体会产生相对位移,从而使砌体中生附加的拉力或剪力,当这种附加内力超过砌体的强度时,砌体中便产生相对裂缝。这种裂缝一般呈倾斜状的,且多发生在门窗洞口上下。这种裂缝的特点是:①裂缝一般呈倾斜状,说明系因砌体内主拉应力过大而使墙体开裂;②、裂缝较多出现在纵墙上,较少出现在横墙上,说明纵墙的抗弯刚度相对较小;③、在房屋空间刚度被削弱的部位,裂缝比较集中。裂缝类型及其产生的原因可具体分为如下5种。
2.1 八字形裂缝。 由温度变化引起的裂缝:主要出现在横墙与纵墙两端部,此种裂缝属正八字形的热胀裂缝,随温度升降而变化,其原因是由于设计与的缺陷,使屋面保温层的热阻减少甚至失效,致使屋面板温度变形大于砌体温度变形,当产生一定温度应力的屋面板就将推力传给墙体,并因墙体温度附加应力在房屋两端较大,当砌筑砂浆强度较低时,则易发生剪力产生的主拉应力,当超过砌体抗拉极限时,墙体即出现八字形开裂。由地基不均匀沉降引起的裂缝:当基础底的地基表面出现了局部凹陷。在局部部凹陷处,基础及上部结构失去了支承其重量只能由砖砌体承担,使得砖砌体上产生了附加拉力和剪力。当这种附加拉力和剪力超过了砖砌体的承载能力后砖砌体便出现裂缝。此类裂缝一般都有与地面成45°左右的角,上宽下窄。当凹陷部位处于基础内时,墙体即出现八字形裂缝,裂缝朝向凹陷处。
2.2 倒八字形裂缝。属冷缩裂缝,主要出现在纵横墙两端的窗洞口处,龙其顶层两端窗洞口处最严重。由于墙体冷缩附加应力在墙体两端较大,当房屋收缩变形时,在门窗洞口产生应力相对集中而导致形成倒八字裂缝。
当地基遭受冻之后,建筑物的自重往往无法抗冻胀隆起的法向力,因而建筑物的局部或全部也就被顶起来(据有关资料介绍,冻胀力最大可达2000KN/m2以上)。又由于基础埋设深度、土的冻胀性、日照及其他因素影响,基础各部位地基冻胀程度也不一致。如果建筑物中部地基冻胀量大,两端冻胀量小,则在中部砌体出现竖向裂缝,在两端部出现倒八字裂缝。
2.3 水平裂缝。多见于顶层横墙、纵墙、“女儿墙”及山墙处。当屋面保温隔热较差,屋面板受热胀对墙体产生水平推力,由于墙体在端部收缩要大于中部当砌体抗剪能力较低使纵横墙与屋盖的接触面上产生水平裂缝。
2.4 垂直裂缝。主要出现在窗台墙处、过梁端部及楼层错层处。此种裂隙主要由于温度变化,墙体受到楼板的拉应力作用,在门窗洞口处产生应力集中效应而拉裂,或因冷缩变形,在与墙漆之间变形差异最大的钢筋混凝上梁端和楼板错层处,引起墙体垂直开裂。
由于设计考虑不周,把建筑物建造在软硬截然不同的两段上。在这样的地基上,由于两部分地基下沉相差很大,若无有效的技术措施,往往在软硬交接处建筑物发生垂直裂缝,裂缝上宽下窄。
2.5 X形裂缝。多数沿砌体灰缝开裂,主要受房屋热胀冷缩的反复作用形成,而底层墙体产生的X形裂缝则是由于基础不平整或不均匀沉降引起。因地震引起的砌体裂缝大部分呈“X”形。
3. 设计过程中对砌体裂缝的主动控制
砌体结构裂缝一旦产生,就会降低建筑物的使用功能,严重裂缝还会影响结构安全,同时对裂缝进行“加固补强”困难较大,因此防止、控制砌体结构产生裂缝是十分重要的,尤其是在地震区更为重要,否则将产生严重后果。
3.1 从计算角度控制:由于砌体裂缝主要是由间接作用引起的,而温度变化与材料胀缩系数不同,等间接作用引起的砌体附加应力的定量计算目前尚无统一的规范,因此设计人员应根据当地的实际情况,对间接作用可能引起的附加应力给予充分考虑和计算,并对砌体强度进行分析计算,以减少在通常温差下变形裂缝的产生。通过计算合理设置沉降缝将房屋划分成若干个刚度较好的单元,使其每个单元能自由沉降,以减少在不均匀沉降引起的裂缝产生。
3.2 规范结构控制:为控制裂缝的产生,在建筑物的平面布置设计中,结构的平面形状应力求规则对称,如平面形状不规则,应尽量采用“伸缩缝”将其分成若干独立规则单元,“以放为主,抗放兼施”,以避免由于墙体温度变化产生竖向开裂。对伸缩缝的设置,设计规范的规定一般较灵活,没有严格和明确规定,设计方法均由设计人员自行处理。根据多年实际经验,只要按规范每隔一定距离留一条“伸缩缝”,按“留缝就不裂”的简单方法,在一般情况即可得到基本控制。在建筑物的竖向设计时,应力求按竖向规范规则,尽可能不出现错层,以避免由于温度变化产生的水平裂缝。
3.3 构造控制;
(1)加强设置钢筋硷圈梁,提高墙体的整体性。在建筑顶层每个开间、在错层处及屋面不等高处必须设置圈梁;顶层外圈梁应设计为暗圈梁,不应外漏,这样可使外圈梁免受阳光直接照射或大气影响;无论“女儿墙”高低,均要设置钢筋混凝土压顶圈梁,并与“构造柱”连为整体,以抵抗裂缝的产生。
(2)除据规范要求设置“构造柱”外,在“L”“I”“T”平面形状中的纵横墙交接处必须设置“构造柱”,以提高建筑物的整体刚度和墙体的可延性,约束墙体裂缝的扩展。
(3)提高屋面板的整体性。屋面板最好采用现浇板,或在预制屋面板上增加现浇层;在预制屋面板与外纵墙间设置现浇板带,预制屋面板间设置现浇板缝梁,使屋面成整体。
(4)在房屋顶层端部1~2开间范围内的墙体采用配筋砌体,即每隔8皮砖在水平灰缝内加配26钢筋,并在1~2开间范围内拉通,与“构造柱”钢筋结合。顶层用砖不应低于MU7.5,砌筑砂浆强度不应低于M5,以提高墙体坑裂能力。
(5)屋面“挑檐”为外露结构,在一天内的温度变化较大,不仅本身容易开裂,而且对墙体开裂也有一定的影响,故应适当增加“挑檐”纵向配筋并增设“变形缝”或“后浇带”,以减少收缩。“后浇带”的做法是在其纵向受力较小的中间适当部位,预留300mm宽的“后浇带”,用钢筋贯通,在施工40~60天后再二次浇筑,以起到先放后抗的控制作用。
(6)重视屋面保温。选择屋面保温层时,适当加厚或选用保温隔热性能良好的材料。对屋面保温层必须按建筑节能标准进行热工计算,进一步提高屋面保温层的保温隔热性能。屋面保温不好是屋面板产生温度应力的直接原因,严重时会导致顶层墙体开裂或屋面漏水。保温层应做至“挑檐”或檐沟处,以防止混凝土结构外漏,有条件者必须增设、架空隔热层。 4. 砌体裂隙的加固处理
4.1 当屋面保温层未达到热工要求和节能标准时,应重做屋面保温层,使裂缝稳定,因为对温度裂缝仅做一般性的加固补强是无济于事的,必须从减少温度应力人手。保温层使用的绝热材料要满足表观密度、粒经、导热系数与含水率等各项技术指标的要求,在施工中要严格按照设计和现行施工规范的要求施工,力求达到设计的保温效果。
4.2 对地基不均匀沉降引起的砌体裂缝,应先加固地基,等沉降量达到稳定标准(平均日沉量0.02~0.03以内)后,再加固墙体。
4.3 对外纵墙、横墙、内纵墙的裂缝采用钢筋网水泥砂浆抹面加固法,剔灰缝深12cm,10彭胀锚栓@500,呈梅花型分布。挂钢筋网6@250,M10水泥砂浆40mln厚,3道成活,施工完后,要注意喷水养护预防空鼓。
4.4 对于轻微裂缝可用水泥砂浆加107胶嵌补即可。
5. 结束语
控制裂隙的产生和扩展,是建筑工程中必不可少的一个重要环节,应引起足够重视,尤其在当前建筑物普通向高层、大型化发展的形势下,制定一项统一的规范和技术标准已迫在眉捷。控制裂隙,重点在防,并需要从设计、施工上共同努刀,采取有针对性的防裂措施,加大主动控制的力度,才能提高新建房屋质量的可靠性。只要严格执行规定,做到设计与施工紧密配合,控制裂缝是完全可以做到的。实践证明,过去许多工程凡是采取了控制裂措施的,一般都取得了良好效果,被评为真正的优质工程。
[文章编号]1006-7619(2010)08-17-747
【关键词】砌体裂缝; 产生机里;控制措施;加固方法
Reason analysis and control of crack in masonry structure
Lu Jun
(Ankang Century Construction Co., Ltd. Ankang Shanxi 725000)
【Abstract】The appearance of cracks in masonry structures of masonry is often a precursor to disaster. Masonry cracks controls look like a relatively simple technical Wen Ti, but with Jianzhu mechanics, heating school, school foundation base and material sciences, has close relationship, which a comprehensive discipline. Is the construction works to ensure the quality of the project can not be ignored important part. In this field there is not uniform norms and technical specifications to follow. Text only from the general theory of knowledge and years of practical experience, to talk about the masonry crack control measures and strengthening methods.
【Key words】Masonry cracks; Mechanism; Control measures; Reinforcement
1. 概况
在砌体结构的建筑中,墙体裂缝时有发生,裂缝出现的时间、部位各不相同,不同的建筑结构形式裂缝的表现有迟,有早,但多发生在建筑工程竣工后1~3年内。缝宽大小不等,严重者形成贯穿性裂缝。砌体结构裂缝问题已经是一个普遍性问题,它不仅仅影响建筑整体的美观,它还影响建筑物的正常使用、降低建筑物的使用功能,缩短建筑物的使用年限,影响建筑物的抗震性,严重者将直接威胁到人民生命财产安全。尤其是在隹宅商品化的今天,这个问题已日益引起开发商和建筑物业主的高度关注,由此引起的诉讼已经是越来越多。因此,如何控制房屋墙体开裂的问题、就摆在工程技术人员面前的新课题。
2. 裂缝成因及类型
砌体产生裂缝的原因是多方面的,归纳起来主要有两方面:一是由荷载变化引起的裂缝,其中包括静荷载、活荷载。二是由变形引起的裂缝,主要有温度变化、地基不均匀沉降、地基不均匀冻胀、地震及砌体本身承载能力不够等方面。在砌体结构的民用建筑中,砌体裂缝绝大部分是由于变形引起的,其中温度变化和地基不均匀沉降是引起墙体开裂的主要因素。⑴由于砖砌体的线膨胀系数和钢筋混凝土线膨胀系数是不相等的,因此当温度发生变化时,二者产生变形差异。此外,由于建筑物中的构件大多属于超静定杆件,具有多个约束,对由于温度变化所引起的变形将予以限制,从而会在构件内产生温度应力。对墙体与混凝土之间的变形差异势必在砌体中产生很大的拉力和剪力,这些力超过一定限度时,砌体就产生错位裂缝,温度裂缝是造成墙体早期开裂的主要原因。由于温度应力而产生的裂缝具有“顶层重下层轻”、“两端重中间轻”、“阳面重阴面轻”的特点与规律。⑵当地基发生不均匀沉降后,沉降大的部分砌体与沉降小的部分砌体会产生相对位移,从而使砌体中生附加的拉力或剪力,当这种附加内力超过砌体的强度时,砌体中便产生相对裂缝。这种裂缝一般呈倾斜状的,且多发生在门窗洞口上下。这种裂缝的特点是:①裂缝一般呈倾斜状,说明系因砌体内主拉应力过大而使墙体开裂;②、裂缝较多出现在纵墙上,较少出现在横墙上,说明纵墙的抗弯刚度相对较小;③、在房屋空间刚度被削弱的部位,裂缝比较集中。裂缝类型及其产生的原因可具体分为如下5种。
2.1 八字形裂缝。 由温度变化引起的裂缝:主要出现在横墙与纵墙两端部,此种裂缝属正八字形的热胀裂缝,随温度升降而变化,其原因是由于设计与的缺陷,使屋面保温层的热阻减少甚至失效,致使屋面板温度变形大于砌体温度变形,当产生一定温度应力的屋面板就将推力传给墙体,并因墙体温度附加应力在房屋两端较大,当砌筑砂浆强度较低时,则易发生剪力产生的主拉应力,当超过砌体抗拉极限时,墙体即出现八字形开裂。由地基不均匀沉降引起的裂缝:当基础底的地基表面出现了局部凹陷。在局部部凹陷处,基础及上部结构失去了支承其重量只能由砖砌体承担,使得砖砌体上产生了附加拉力和剪力。当这种附加拉力和剪力超过了砖砌体的承载能力后砖砌体便出现裂缝。此类裂缝一般都有与地面成45°左右的角,上宽下窄。当凹陷部位处于基础内时,墙体即出现八字形裂缝,裂缝朝向凹陷处。
2.2 倒八字形裂缝。属冷缩裂缝,主要出现在纵横墙两端的窗洞口处,龙其顶层两端窗洞口处最严重。由于墙体冷缩附加应力在墙体两端较大,当房屋收缩变形时,在门窗洞口产生应力相对集中而导致形成倒八字裂缝。
当地基遭受冻之后,建筑物的自重往往无法抗冻胀隆起的法向力,因而建筑物的局部或全部也就被顶起来(据有关资料介绍,冻胀力最大可达2000KN/m2以上)。又由于基础埋设深度、土的冻胀性、日照及其他因素影响,基础各部位地基冻胀程度也不一致。如果建筑物中部地基冻胀量大,两端冻胀量小,则在中部砌体出现竖向裂缝,在两端部出现倒八字裂缝。
2.3 水平裂缝。多见于顶层横墙、纵墙、“女儿墙”及山墙处。当屋面保温隔热较差,屋面板受热胀对墙体产生水平推力,由于墙体在端部收缩要大于中部当砌体抗剪能力较低使纵横墙与屋盖的接触面上产生水平裂缝。
2.4 垂直裂缝。主要出现在窗台墙处、过梁端部及楼层错层处。此种裂隙主要由于温度变化,墙体受到楼板的拉应力作用,在门窗洞口处产生应力集中效应而拉裂,或因冷缩变形,在与墙漆之间变形差异最大的钢筋混凝上梁端和楼板错层处,引起墙体垂直开裂。
由于设计考虑不周,把建筑物建造在软硬截然不同的两段上。在这样的地基上,由于两部分地基下沉相差很大,若无有效的技术措施,往往在软硬交接处建筑物发生垂直裂缝,裂缝上宽下窄。
2.5 X形裂缝。多数沿砌体灰缝开裂,主要受房屋热胀冷缩的反复作用形成,而底层墙体产生的X形裂缝则是由于基础不平整或不均匀沉降引起。因地震引起的砌体裂缝大部分呈“X”形。
3. 设计过程中对砌体裂缝的主动控制
砌体结构裂缝一旦产生,就会降低建筑物的使用功能,严重裂缝还会影响结构安全,同时对裂缝进行“加固补强”困难较大,因此防止、控制砌体结构产生裂缝是十分重要的,尤其是在地震区更为重要,否则将产生严重后果。
3.1 从计算角度控制:由于砌体裂缝主要是由间接作用引起的,而温度变化与材料胀缩系数不同,等间接作用引起的砌体附加应力的定量计算目前尚无统一的规范,因此设计人员应根据当地的实际情况,对间接作用可能引起的附加应力给予充分考虑和计算,并对砌体强度进行分析计算,以减少在通常温差下变形裂缝的产生。通过计算合理设置沉降缝将房屋划分成若干个刚度较好的单元,使其每个单元能自由沉降,以减少在不均匀沉降引起的裂缝产生。
3.2 规范结构控制:为控制裂缝的产生,在建筑物的平面布置设计中,结构的平面形状应力求规则对称,如平面形状不规则,应尽量采用“伸缩缝”将其分成若干独立规则单元,“以放为主,抗放兼施”,以避免由于墙体温度变化产生竖向开裂。对伸缩缝的设置,设计规范的规定一般较灵活,没有严格和明确规定,设计方法均由设计人员自行处理。根据多年实际经验,只要按规范每隔一定距离留一条“伸缩缝”,按“留缝就不裂”的简单方法,在一般情况即可得到基本控制。在建筑物的竖向设计时,应力求按竖向规范规则,尽可能不出现错层,以避免由于温度变化产生的水平裂缝。
3.3 构造控制;
(1)加强设置钢筋硷圈梁,提高墙体的整体性。在建筑顶层每个开间、在错层处及屋面不等高处必须设置圈梁;顶层外圈梁应设计为暗圈梁,不应外漏,这样可使外圈梁免受阳光直接照射或大气影响;无论“女儿墙”高低,均要设置钢筋混凝土压顶圈梁,并与“构造柱”连为整体,以抵抗裂缝的产生。
(2)除据规范要求设置“构造柱”外,在“L”“I”“T”平面形状中的纵横墙交接处必须设置“构造柱”,以提高建筑物的整体刚度和墙体的可延性,约束墙体裂缝的扩展。
(3)提高屋面板的整体性。屋面板最好采用现浇板,或在预制屋面板上增加现浇层;在预制屋面板与外纵墙间设置现浇板带,预制屋面板间设置现浇板缝梁,使屋面成整体。
(4)在房屋顶层端部1~2开间范围内的墙体采用配筋砌体,即每隔8皮砖在水平灰缝内加配26钢筋,并在1~2开间范围内拉通,与“构造柱”钢筋结合。顶层用砖不应低于MU7.5,砌筑砂浆强度不应低于M5,以提高墙体坑裂能力。
(5)屋面“挑檐”为外露结构,在一天内的温度变化较大,不仅本身容易开裂,而且对墙体开裂也有一定的影响,故应适当增加“挑檐”纵向配筋并增设“变形缝”或“后浇带”,以减少收缩。“后浇带”的做法是在其纵向受力较小的中间适当部位,预留300mm宽的“后浇带”,用钢筋贯通,在施工40~60天后再二次浇筑,以起到先放后抗的控制作用。
(6)重视屋面保温。选择屋面保温层时,适当加厚或选用保温隔热性能良好的材料。对屋面保温层必须按建筑节能标准进行热工计算,进一步提高屋面保温层的保温隔热性能。屋面保温不好是屋面板产生温度应力的直接原因,严重时会导致顶层墙体开裂或屋面漏水。保温层应做至“挑檐”或檐沟处,以防止混凝土结构外漏,有条件者必须增设、架空隔热层。 4. 砌体裂隙的加固处理
4.1 当屋面保温层未达到热工要求和节能标准时,应重做屋面保温层,使裂缝稳定,因为对温度裂缝仅做一般性的加固补强是无济于事的,必须从减少温度应力人手。保温层使用的绝热材料要满足表观密度、粒经、导热系数与含水率等各项技术指标的要求,在施工中要严格按照设计和现行施工规范的要求施工,力求达到设计的保温效果。
4.2 对地基不均匀沉降引起的砌体裂缝,应先加固地基,等沉降量达到稳定标准(平均日沉量0.02~0.03以内)后,再加固墙体。
4.3 对外纵墙、横墙、内纵墙的裂缝采用钢筋网水泥砂浆抹面加固法,剔灰缝深12cm,10彭胀锚栓@500,呈梅花型分布。挂钢筋网6@250,M10水泥砂浆40mln厚,3道成活,施工完后,要注意喷水养护预防空鼓。
4.4 对于轻微裂缝可用水泥砂浆加107胶嵌补即可。
5. 结束语
控制裂隙的产生和扩展,是建筑工程中必不可少的一个重要环节,应引起足够重视,尤其在当前建筑物普通向高层、大型化发展的形势下,制定一项统一的规范和技术标准已迫在眉捷。控制裂隙,重点在防,并需要从设计、施工上共同努刀,采取有针对性的防裂措施,加大主动控制的力度,才能提高新建房屋质量的可靠性。只要严格执行规定,做到设计与施工紧密配合,控制裂缝是完全可以做到的。实践证明,过去许多工程凡是采取了控制裂措施的,一般都取得了良好效果,被评为真正的优质工程。
[文章编号]1006-7619(2010)08-17-747