提要:砌体结构裂缝种类繁多,十分普遍。本文在分析其成因的基础上,提出常见砌体结构变形裂缝防治措施,并提出相应建议。
关键词:砌体结构;变形裂缝;预防控制
砌体结构裂缝不仅种类繁多,而且较为普遍,轻微者影响建筑物美观,造成渗漏,严重者降低建筑结构的承载力、刚度、稳定和整体性、耐久性,甚至还会导致整体倒塌的重大质量事故。因此,正确分析其成因、切实加以防治十分必要。
一、裂缝的形态
按裂缝的成因,墙体裂缝可分为受力裂缝和非受力裂缝两大类。各种直接荷载作用下,墙体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、温差变形引发的砌体结构裂缝。这类裂缝较普遍地表现为建筑物(特别是那些纵向较长的)顶层两端内外纵墙上的斜裂缝,其形态呈“八”字或“X”型,且显对称性,但有时仅一端有,轻微者仅在两面端一至两个开间内出现,严重者会发展至房屋两端1/3纵长范围内,并由顶层向下几层发展。
温差裂缝尚有屋面结构与其下相应砌体之间的水平缝、包角水平缝、沿窗上下角水平缝、女儿墙根部水平缝及出现在靠近外纵墙的横墙上的内高外低斜裂缝等等。防治这类裂缝的有效措施是加设混凝土窗台盘,它不仅可以防裂缝,还可有效地解决铝合金等窗框安装配合问题,防止窗周渗漏。
2、收缩引起的砌体结构裂缝。因砌块收缩引起的墙体裂缝,在混凝土砌块房屋中比较普遍。在内外墙、在房屋的各层均可能出现。干缩裂缝形态一般有:(1)在墙体中部出现的阶梯形裂缝;(2)环块体周边灰缝的裂缝;(3)在外墙的窗下墙出现竖向均匀裂缝;(4)山墙等大墙面出现的竖向、水平向裂缝。收缩裂缝一般多出现在下部几层,有的砌块房屋山墙大墙面中间部位出现了由底层一直延伸至3、4层的竖向裂缝。由于砌筑砂浆强度不高,灰缝不饱满,干缩引起的裂缝往往呈发丝状分散在灰缝缝隙中,清水墙时不易被发现,当有粉刷抹面时就显露出来。干缩引起的裂缝宽度不大,且裂缝宽度较均匀。
3、地基基础不均匀沉降引起的裂缝。地基、基础、建筑物构成一个整体,共同工作。影响地基沉降裂缝的因素有土的性质、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。一般在建筑物下部,由下往上发展,呈“八”字、倒“八”字、水平及竖缝。当长条形的建筑物中部沉降过大,则在房屋两端由下往上形成正“八”字缝,且首先在窗对角突破;反之,当两端沉降过大,则形成的两端由下往上的倒“八”字缝,也首先在窗对角突破,还可在底层中部窗台处突破形成由上至下竖缝;当某一端下沉过大时,则在某端形成沉降端高的斜裂缝;当纵横墙交点处沉降过大,则在窗台下角形成上宽下窄的竖缝,有时还有沿窗台下角的水平缝;当外纵墙凹凸设计时,由于一侧的不均匀沉降,还可导致在此处产生水平推力而组成力偶,从而导致此交接处的竖缝。对于不均匀沉降导致的裂缝应以预防为主,即无地质勘察资料严禁做施工图设计,严格按图施工,不得擅自更改、任意处理,根据本地区通病,如能在那些开大窗洞的教学楼底层窗台下设置构造圈梁与地梁构成刚度较大的复合墙梁结构,对防止所述裂缝有明显效果。治理的原则是,观测裂缝发展的速度、部位、程度,决定是表面处理还是上部加固或基础加固处理。
二、裂缝的预防与控制
在目前的技术经济水平下,尚不能完全防止和杜绝由于钢筋混凝土屋盖的温度变形和砌体干缩变形引起的墙体局部裂缝。只能通过一些合理的构造措施,使砌体房屋墙体的裂缝的产生和发展达到可接受的程度。建筑物的长度即伸缩缝、沉降缝或控制缝间距与温度裂缝、干缩裂缝和沉降裂缝的产生有很大关系。按照欧美规范,如英国规范规定,对粘土砖砌体的控制间距为10～15m,对混凝土砌块砌体一般不因大于6m;美国混凝土协会(ACI)规定,无筋砌体的最大控制缝间距为12～18m,配筋砌体的控制缝间距不超过30m,这些都远远小于我国砌体规范的规定。这也是按我国砌体规范的温度缝和有关抗裂构造措施不能消除墙体裂缝的一个重要原因。
1、温度变化引起的墙体开裂。防止主要由温度变化引起的砌体结构开裂,宜采取下列措施:(1)当采用整体式或装配式的钢筋混凝土屋盖时,宜在屋盖上设置保温层或隔热层;(2)在屋盖的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不大于30m;(3)当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时,宜设置分隔缝,分隔缝的宽度不应小于20mm,缝内用弹性油膏嵌缝;(4)建筑物温度伸缩缝的间距应满足现行《砌体结构设计规范》的规定,控制缝宜在建筑物墙体的适当部位设置,控制缝的间距不宜大于30m;(5)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。
2、墙体材料的干缩引起的开裂。防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝,可采用下列措施:(1)选用干缩值低的墙材。控制砌筑时材料的含水量(先让材料干缩后砌墙)。采用低强度砂浆和长度小的砖块,可以避免砖块的断裂,并将细小裂缝均匀分散到各个垂直的灰缝隙中,避免变形和应力集中,累加出现大裂缝;(2)面积较大的墙体采用在墙体内增设构造梁柱的构造措施。如墙体长度超过5m,可在中间设置钢筋混凝土构造柱;当墙体高度超过3m(120mm厚墙)或4m(≥180mm厚墙)时,须在墙中腰处增设钢筋混凝土腰梁,或设置伸缩缝;(3)严格控制以胶凝材料为原料的砌块的龄期,不足28d的不应进入施工现场。对于混凝土制品,如果以90d的干燥收缩值为基准,28d只完成收缩的80%左右。而且这类砌块,28d前含水率大,物理化学变形不稳定,干燥收缩值大,特别是蒸压加气混凝土,出厂含水率有时高达60%以上;(4)正确掌握各种砌块使用时的含水率。轻集料混凝土空心砌块和蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌筑时的含水率分别控制为5%～8%和15%、20%以内。砌体在生产储存期、运输、现场堆放等均要防止被水浸湿,雨季还应做好对砌块和砌体的遮盖。施工时,一般提前1～2d洒水湿润。
3、地基沉降引起的开裂。防止主要由地基沉降引起的裂缝,可采用下列措施:(1)建筑物的体型力求简单;(2)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;(3)减轻结构自重;(4)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、刚度大的基础形式等;(5)减小或调整基底的附加应力。改变基础地面尺寸,使不同荷载的基础沉降量接近。
三、结论与建议
1、墙体的温度应力与温差成正比,随水平阻力系数和建筑物长度(或伸缩缝间距)非线性增加。
2、墙体的收缩变形与墙体材料、砌块的含水率以及建筑物的长度有关。粘土和混凝土砌体对含水率变化的反应不同,当失去水分时混凝土砌块会收缩,而粘土砌块会随含水率的增大而膨胀。
3、地基沉降裂缝的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、徐变等有关。
4、影响砌体结构裂缝的因素较多,有些裂缝是由多种因素引起的混合裂缝。设计时可通过构造措施来防止和减轻砌体结构裂缝造成的危害。