论文部分内容阅读
摘 要：砖混结构房屋由于混凝土和砌体材料的线膨胀系数不同，在外界温度作用下容易产生墙体裂缝。根据温度应力的近似计算方法，通过算例分析不同预压应力下墙体的开裂情况。结果表明：由温度应力引起的墙体裂缝位于房屋的两端，且以斜裂缝为主，施加预压应力后墙体的裂缝得到有效的控制。
关键词：砖混结构 温度应力 墙体裂缝 预压应力
中图分类号：TU398.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-010-02
砖混结构房屋是目前我国民用建筑中的主要结构形式之一，在中小城镇和农村较为普遍，它是由混凝土屋盖和砖砌体墙组合而成，具有造价低廉、施工方便、性能稳定等优点。由于混凝土和砖砌体的线膨胀系数相差较大，当外界温度发生变化时，两种材料之间存在明显的变形差。加上砖墙与混凝土板之间相互约束，使得墙体内部产生附加应力，当墙体的温度应力大于砖砌体的轴心抗拉强度设计值时，会产生斜裂缝，从而影响建筑的整体外观和使用功能。墙体不仅是砖混结构房屋的主要围护构件，同样也是重要的竖向承重构件，控制其裂缝的产生对提高砖混结构房屋的安全性、耐久性和抗震性具有重要的显示意义。
1 砖混结构房屋墙体温度裂缝形态及成因
对于砖混结构房屋，通常由温度应力产生的墙体斜裂缝按照其形态不同可分为正八字形、倒八字形和X形三种。其中正八字形斜裂缝最为常见，通常出现在顶层墙体两端的第一至第二开间内。而当这部分墙体存在窗洞时，裂缝一般对称分布于窗洞口的两边，且裂缝较长、较宽，如图1所示。有时裂缝甚至会延生至房屋长度的1/3处，并由顶层向下发展，给人们的心里造成了一定的不安全感。
产生裂缝的主要原因是由于混凝土的线膨胀系数比砖砌体大，当外界温度升高以后，屋面板沿长度方向的伸长量要比砖墙大，使得顶层处的砖墙受拉、受剪。同时，由于沿墙长方向的拉应力和剪应力一般是中间小、大端大，因而斜裂缝大多发生在墙体的两端第一至第二开间。房屋越长，屋面板与墙体的相对变形就越大，裂缝也就越明显。一般可通过在墙体中设置伸缩缝的办法来防止墙体的温度裂缝。温度裂缝在平屋顶的砖混结构房屋中较为常见。本文以平屋顶的砖混结构房屋为例进行墙体的温度应力分析，根据计算结果判断墙体的开裂位置和方向。
2 温度应力的近似计算
对于砖混结构中混凝土和砖砌体材料的性能差异，在相同的温度变化下，不同种材料会产生不同的变形，如果构件之间相互约束，则会产生较大的附加应力，从而导致结构的开裂。
本文选取砌体外纵墙和与其相连的混凝土板为计算单元。计算模型中板的宽度为b，由于板厚h与外纵墙的长度L相比很小，可以近似将板看做是弹性地基板进行处理，认为板的受力是均匀的。取顶板截面的一小段dx为研究对象，其平衡方程为：
由此可计算出墙体各点对应的主拉应力及其作用方向，根据主拉应力与砌体抗拉强度设计值的大小关系，可以判断出温度裂缝出现的位置，主拉应力的作用方向即为墙体裂缝的扩展方向。
3 预压应力对温度裂缝控制的影响
针对砖混结构中墙体的裂缝控制，《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）中的第6.5节给出了一系列防止或减轻墙体裂缝的具体构造措施，如设置伸缩缝、保温隔热层、现浇钢筋混凝土圈梁等。文献[6]在现有裂缝控制措施的基础上，提出了一种控制砌块砌体房屋温度裂缝的新方法—预压应力法。本文根据上述温度应力的近似计算公式，通过一个具体算例对该方法的可行性进行理论计算和分析研究。
墙体每隔5m为一个计算点，按照本文的计算模型求解得到的不同坐标位置处的应力结果如表1所示。
由表1中计算结果可知，在坐标为20～25m的位置，由温差引起的墙体主拉应力大于砖砌体的抗拉强度设计值，故该段内存在温度裂缝。并由主拉应力的作用方向可知，所产生的裂缝为斜裂缝，该斜裂缝并非是一直线，而是一条变化的曲线。通过理论计算确定的裂缝位置及方向与实际情况相符。
图3为在不同预压应力下由温差引起的墙体各点的主拉应力变化曲线。预压应力大小从0MPa增加到0.8MPa，每一级加载0.2MPa。图3中虚线表示该砌体对应的抗拉强度设计值，即墙体开裂的临界值0.16MPa。
由图3可以看出，随着预压应力的逐渐增大，墙体各点的主拉应力依次减小，墙体的开裂位置逐渐由中部向两端靠近，裂缝逐渐减小，说明预压应力对砌体房屋墙体的温度裂缝起到了明显的控制作用。对于本计算模型，当施加的预压应力增加到0.8MPa时，由温度应力引起的墙体斜裂缝随之消失。
4 结语
通过对不同预压应力下的砖混结构房屋墙体进行温度应力分析，计算结果表明，施加一定的预压应力可以起到减小温度裂缝的作用。一般可通过在墙顶砌筑女儿墙或设置混凝土压顶等构造措施来增加墙体顶部的预压应力，从而防止或减轻砖混结构中墙体温度裂缝的出现。设计人员在进行结构设计时，除了要考虑荷载和抗震方面的问题外，对由温度应力引起的裂缝同样需要予以重视。除此以外，在进行现场施工时，同样需要保证施工质量，防止墙体因为施工质量问题而产生“人为裂缝”。
参考文献：
[1] 王春平，彭畅，梅建松.某砖混结构房屋裂缝成因探析[J].土木工程与管理学报，2011，28（3）：55-59.
[2] 刘德平.建筑物常见裂缝原因分析及防治措施[D].上海：同济大学，2007.
[3] 王守新.材料力学（第三版）[M].大连：大连理工大学出版社，2005.
[4] 李亚敏.砖混结构墙体裂缝原因浅析[J].路基工程，2007（1）：38-39.
[5] GB50003-2011 砌体结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[6] 郭樟根，曹双寅，孙伟民.用预压应力来控制砌块砌体房屋温度裂缝的探讨[J].工业建筑，2004，34（10）：88-90.
关键词：砖混结构 温度应力 墙体裂缝 预压应力
中图分类号：TU398.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-010-02
砖混结构房屋是目前我国民用建筑中的主要结构形式之一，在中小城镇和农村较为普遍，它是由混凝土屋盖和砖砌体墙组合而成，具有造价低廉、施工方便、性能稳定等优点。由于混凝土和砖砌体的线膨胀系数相差较大，当外界温度发生变化时，两种材料之间存在明显的变形差。加上砖墙与混凝土板之间相互约束，使得墙体内部产生附加应力，当墙体的温度应力大于砖砌体的轴心抗拉强度设计值时，会产生斜裂缝，从而影响建筑的整体外观和使用功能。墙体不仅是砖混结构房屋的主要围护构件，同样也是重要的竖向承重构件，控制其裂缝的产生对提高砖混结构房屋的安全性、耐久性和抗震性具有重要的显示意义。
1 砖混结构房屋墙体温度裂缝形态及成因
对于砖混结构房屋，通常由温度应力产生的墙体斜裂缝按照其形态不同可分为正八字形、倒八字形和X形三种。其中正八字形斜裂缝最为常见，通常出现在顶层墙体两端的第一至第二开间内。而当这部分墙体存在窗洞时，裂缝一般对称分布于窗洞口的两边，且裂缝较长、较宽，如图1所示。有时裂缝甚至会延生至房屋长度的1/3处，并由顶层向下发展，给人们的心里造成了一定的不安全感。
产生裂缝的主要原因是由于混凝土的线膨胀系数比砖砌体大，当外界温度升高以后，屋面板沿长度方向的伸长量要比砖墙大，使得顶层处的砖墙受拉、受剪。同时，由于沿墙长方向的拉应力和剪应力一般是中间小、大端大，因而斜裂缝大多发生在墙体的两端第一至第二开间。房屋越长，屋面板与墙体的相对变形就越大，裂缝也就越明显。一般可通过在墙体中设置伸缩缝的办法来防止墙体的温度裂缝。温度裂缝在平屋顶的砖混结构房屋中较为常见。本文以平屋顶的砖混结构房屋为例进行墙体的温度应力分析，根据计算结果判断墙体的开裂位置和方向。
2 温度应力的近似计算
对于砖混结构中混凝土和砖砌体材料的性能差异，在相同的温度变化下，不同种材料会产生不同的变形，如果构件之间相互约束，则会产生较大的附加应力，从而导致结构的开裂。
本文选取砌体外纵墙和与其相连的混凝土板为计算单元。计算模型中板的宽度为b，由于板厚h与外纵墙的长度L相比很小，可以近似将板看做是弹性地基板进行处理，认为板的受力是均匀的。取顶板截面的一小段dx为研究对象，其平衡方程为：
由此可计算出墙体各点对应的主拉应力及其作用方向，根据主拉应力与砌体抗拉强度设计值的大小关系，可以判断出温度裂缝出现的位置，主拉应力的作用方向即为墙体裂缝的扩展方向。
3 预压应力对温度裂缝控制的影响
针对砖混结构中墙体的裂缝控制，《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）中的第6.5节给出了一系列防止或减轻墙体裂缝的具体构造措施，如设置伸缩缝、保温隔热层、现浇钢筋混凝土圈梁等。文献[6]在现有裂缝控制措施的基础上，提出了一种控制砌块砌体房屋温度裂缝的新方法—预压应力法。本文根据上述温度应力的近似计算公式，通过一个具体算例对该方法的可行性进行理论计算和分析研究。
墙体每隔5m为一个计算点，按照本文的计算模型求解得到的不同坐标位置处的应力结果如表1所示。
由表1中计算结果可知，在坐标为20～25m的位置，由温差引起的墙体主拉应力大于砖砌体的抗拉强度设计值，故该段内存在温度裂缝。并由主拉应力的作用方向可知，所产生的裂缝为斜裂缝，该斜裂缝并非是一直线，而是一条变化的曲线。通过理论计算确定的裂缝位置及方向与实际情况相符。
图3为在不同预压应力下由温差引起的墙体各点的主拉应力变化曲线。预压应力大小从0MPa增加到0.8MPa，每一级加载0.2MPa。图3中虚线表示该砌体对应的抗拉强度设计值，即墙体开裂的临界值0.16MPa。
由图3可以看出，随着预压应力的逐渐增大，墙体各点的主拉应力依次减小，墙体的开裂位置逐渐由中部向两端靠近，裂缝逐渐减小，说明预压应力对砌体房屋墙体的温度裂缝起到了明显的控制作用。对于本计算模型，当施加的预压应力增加到0.8MPa时，由温度应力引起的墙体斜裂缝随之消失。
4 结语
通过对不同预压应力下的砖混结构房屋墙体进行温度应力分析，计算结果表明，施加一定的预压应力可以起到减小温度裂缝的作用。一般可通过在墙顶砌筑女儿墙或设置混凝土压顶等构造措施来增加墙体顶部的预压应力，从而防止或减轻砖混结构中墙体温度裂缝的出现。设计人员在进行结构设计时，除了要考虑荷载和抗震方面的问题外，对由温度应力引起的裂缝同样需要予以重视。除此以外，在进行现场施工时，同样需要保证施工质量，防止墙体因为施工质量问题而产生“人为裂缝”。
参考文献：
[1] 王春平，彭畅，梅建松.某砖混结构房屋裂缝成因探析[J].土木工程与管理学报，2011，28（3）：55-59.
[2] 刘德平.建筑物常见裂缝原因分析及防治措施[D].上海：同济大学，2007.
[3] 王守新.材料力学（第三版）[M].大连：大连理工大学出版社，2005.
[4] 李亚敏.砖混结构墙体裂缝原因浅析[J].路基工程，2007（1）：38-39.
[5] GB50003-2011 砌体结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[6] 郭樟根，曹双寅，孙伟民.用预压应力来控制砌块砌体房屋温度裂缝的探讨[J].工业建筑，2004，34（10）：88-90.