摘要:20世纪90年代以来,我国的多层住宅小区建设蓬勃发展,为我们提供了舒适的安居场所。然而砖混结构的顶层墙体容易产生裂缝,特别在顶层端单元的内外纵墙,门窗洞口等部位更明显。裂缝数量阳面多于阴面,两端多于中间。而且它随季节的变化面变化,显得很不稳定,维修困难。裂缝不仅影响建筑的外形美观,而且容易发生雨水渗漏,影响建筑的正常使用。另外,墙体裂缝也破坏了顶层结构的完整性,降低了房屋的抗震能力。为此,本文对砖混结构顶层墙体、楼板裂缝的特点及产生原因作了简要分析,并结合工程实例提出了设计、施工中防治温度裂缝的方法。
关键词:砖混结构;温度应力;温度裂缝;原因;控制
砖混结构房屋特别是住宅楼,顶层端由于端部的正应力较小,其主拉应力接近于元的内外纵墙门窗洞上口,与外纵墙交接的剪应力,则可能引起斜裂缝,在窗口,门口横墙端部的上端出现斜裂缝,有的内外墙之处由于应力集中,易产生裂缝,由于屋盖对楼板交接处还出现水平裂缝。
一、温度裂缝的特征和类型
住宅房屋温度裂缝主要产生于房屋顶层端部的两个开间,比较严重的次顶层上也会产生一定的裂缝。
从墙体上看,纵墙体因长度较长,裂缝要比横墙的多;墙上所开洞口的面积越大,墙体产生的裂缝也越严重;从结构体形来看,主体长度越长,顶层墙体的开裂也越严重;结构主动体的刚度越小,顶层墙体开裂也越大。
在顶层端部开间的裂缝主要成八字,如果屋面采用预制多孔板时,在圈梁顶、预制板下往往会产生水平裂缝,而如果是现浇屋面,则在圈梁与砌体之间产生水平裂缝。在门窗洞口四角也会产生一些斜缝和垂直裂缝。情况严重的,甚至在混凝土构造成柱顶部,也会产生水平裂缝和斜裂缝。
二、顶层墙体及楼板接缝产生裂缝的原因
砖混结构顶层受温度影响较大,夏季日照时间长,层面温度可达60～70℃,而墙体的温度只有40℃。另外,砼的线膨胀系数为1×105/℃,砖砌体的张膨胀系数数为0.5×105/℃,两者为二倍的关系。当温度升高时,钢筋砼温度变形大,砖砌体温度变形小,墙体阻碍了屋盖的伸长,因此屋面对墙体产生一个水平推力,使墙体和屋盖的接触不仅受压,而且受剪,沿墙体分布的剪力为中部小,两端大。因此靠近建筑物两端时推力越来越大,并在门窗洞口角部产生应力集中。由于砖砌体的抗拉强度较低,当温度变形产生的主拉应力超过墙体的抗拉强度极限,则在顶层两端墙体、门窗洞口上下角产生斜裂缝。
屋面预制板接缝开裂的直接原因是板顶和板底的温差作用。屋面若没有性能良好的保温隔热措施,则屋面与顶层室内的温差相当大,从而引起屋面板产生弯曲和水平变形,造成屋面板纵向接缝的开裂。
当建筑物长度超过一定限度时,为防止出现温度裂缝,按照《砌体结构设计规范》的要求须设置房屋伸缩缝。而许多工程实例证明,仅仅限定伸缩缝最大间距并不能完全控制温度裂缝的产生。增加墙体抗裂能力,增强建筑物的结构整体性,采取合适的结构构造措施,来抵抗可能产生的温度应力,才是行之有效的办法。
三、顶层墙体温度裂缝的预防措施
1、砖混住宅工程宜采用带阁楼的坡屋面结构,阁楼要有一定的高度,通风要良好;坡屋面上应做保温层且坡屋面不宜做成砼现浇屋面宜做普通檩条瓦屋面,以充分释放温度变形。如果坡屋面采用现浇砼,且未设保温层,又不留对流通风窗,就会使顶层阁楼的楼板及屋面(包括阁楼墙体)开裂严重,如某常乐新村3#、4#楼顶层温度裂缝就非常严重。
2、平屋面设计必须对屋面保温层进行热工计算(保温层推广使用水泥泡沫聚苯乙烯保温板或聚胺脂发泡材料,淘汰炉渣保温层),在施工图上应注明保温材料的密度、导热系数、含水率等,施工单位应严格按照设计图纸和《屋面工程质量验收规范》(GB50207-2002)进行施工和验收,确保保温层的施工质量。
3、现浇屋盖、挑檐、外墙、圈梁等应在端单元与中间单元相接处设置600-800mm宽的后浇带,待做屋面保温层时用高一级的砼并加适当膨胀剂填实,接缝处理严格按《砼结构工程施工质量验收规范》(GB50204―2002)中施工缝处理的要求进行。
4、屋面应采用有浅色保护层的防水层,并宜设置架空隔热板,架空板下的落灰、杂物等应清理干净,以保证架空隔热层气流畅通。
5、顶层砖墙施工应采用“三一”砌筑法,保证横竖灰缝砂浆饱满度符合《砌体工程施工质量验收规范》(GB50203-2002)的要求,日砌筑高度不应大于1.5m,严禁干砖上墙和碎砖集中使用,顶层砌体砂浆强度等级不应小于M7.5。
6、建筑物外墙宜采用370mm厚墙或使用其他节能材料,顶层所有墙体沿高度配置2φ6@500通长钢筋,钢筋两端锚入构造柱内;顶层两端开间除按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)和《设置钢筋砼构造柱多层砖房抗震技术规程》(JGJ/T13-94)要求设置构造柱外,外纵墙与内横承重墙相接处、山墙与内纵墙相接处均增设构造柱;外墙两端开间的窗间墙、与山墙相连的内纵墙当墙长度≤500mm时用钢筋砼抗裂墙,当墙长度>500mm时,两端设抗裂柱(抗裂柱纵筋可采用4φ10或4φ12,箍筋宜为φ6@200,抗裂柱纵筋锚入上下圈梁内);在窗洞下设置240×120mm砼小梁,小梁两端伸入抗裂柱内。
7、在布置构造柱时,按抗震规范规定,隔开间布置构造柱即可满足抗震要求。但考虑到顶层的温度应力,为加强结构的整体性,在外纵墙与内横墙的相交处每个开间均布置了构造柱。另外内横墙端部无约束,还布置了一些“凸”形构造柱,增加了侧向刚度,从面抵抗层盖的水平推力或拉力。
8、由于一般砌块的抗拉及抗剪强度比灰缝要高很多,砌体的抗拉和抗剪强度取决于砂浆的强度,所以实际工程可以发现,砌体温度裂缝多是砌体沿水平灰缝或阶梯灰缝破坏引起的,因此提高了砌筑砂浆的强度,选用和易性较好的M5混合砂浆。这样不仅满足竖向抗压要求,也提高了墙体抗剪能力。
9、预制板间设置伸缩缝的目的是使温度应力引起的预制板水平位移在一定范围内得到调节,释放,减少水平推力。在建筑物横墙上板接缝处设置了三道伸缩缝,缝的位置分布在建筑物两端及中部,将预制板纵向接缝拉开20mm,并用防水松软材料填实。
10、砖砌外墙在转角处,或在外墙较长的情况下容易出现温度裂缝,它会导致屋面防水层的破坏,影响建筑物的正常使用。商厦外墙高1.2m,为避免墙体过长而产生温度裂缝,在外墙顶设置高为200mm的配筋压顶,在外墙转角处,并沿外墙每隔3m设置构造柱,尺寸为240mm×240mm,纵筋锚入压顶,柱顶标高至外墙顶。配筋压顶、构造柱和砌体所形成的整体,对抗裂有较好的效果。
11、由于温度应力与温差成正比,因此在屋面上加设架空隔热板,提高了屋面的保温效果,降氏屋面与墙体之间的温差,从而减小了温度应力;另外也降低了屋面板顶与板底之间的温差,减小了楼板弯曲和伸长,有效地控制了预制板纵向接缝处的开裂。
通过对近两年采取上述防裂措施的砖混住宅竣工工程进行了复查,发现顶层温度裂缝已得到有效控制,裂缝危害已大大减轻,有的工程基本未见裂缝,证明上述防裂措施是行之有效的。