框架填充墙墙体开裂机理分析

2011-08-15何羽

山西建筑 2011年5期

何羽

当前建筑中框架结构和框架—剪力墙结构的广泛应用，许多建筑必然要使用各种类型的轻质砌块砌筑框架填充墙或隔墙，这极大的促进了各类砌块的应用。轻质填充墙墙体材料不再使用传统的粘土砖，而是使用轻质高强和多功能的建筑材料，即属于新型建筑材料。但与此同时，随着新型建筑材料的广泛应用，随之而来的一系列问题也出现了，尤其是墙体的裂缝问题。有关填充墙裂缝这类建筑质量缺陷的投诉也越来越多，人们对轻质砌块这种新型墙体材料产生了怀疑。其实，砌块填充墙出现裂缝在世界上很多国家都普遍出现过，一些发达国家解决裂缝的主要方法是从生产质量方面入手，经过严格的砌块生产控制和有效的施工措施，这些国家已基本解决墙体裂缝问题。但在我国，填充墙体的裂缝问题仍然大面积出现，这个问题给消费者和设计施工单位带来很多负面的影响，有待彻底解决。

目前，大部分研究结果认为填充墙产生裂缝的成因主要有以下四方面:温度变化产生裂缝、墙体自身收缩产生的裂缝、砌体材料的干、湿不稳定性产生裂缝和地基不均匀沉降引起裂缝。

本文结合调查情况和试验结果对填充墙裂缝成因进行系统的分析。

1 框架填充墙墙体裂缝特点

框架结构填充墙只承受墙体自重，不承担上部荷载，因此填充墙裂缝不属于受力裂缝。当出现结构材料硬化导致的体积变形、环境温湿度变化、地基沉降等非荷载因素影响时，墙体结构发生变形作用，当这种变形超出墙体的自身强度极限时，框架填充墙开裂。因此，框架填充墙裂缝属于变形裂缝。

1.1 框架填充墙墙体裂缝出现的部位

1)填充墙墙体与框架交接处裂缝出现的最多，尤其是墙头的两端部。据分析，墙体的温差应力在房屋两端部形成最大值。因此，在墙体的两端部最容易导致主拉应力破坏。2)门窗洞口四角处也容易开裂。3)墙体裂缝顶层和次顶层相对较多，端开间尤其严重。由于屋顶梁板热胀或冷缩时，会产生较小的运动，使得顶层横墙或纵墙沿墙顶支座处错动而形成通长水平裂缝。同时，顶板受热膨胀也会对山墙及女儿墙产生水平推力，从而产生水平裂缝。4)在长墙体中间部位，不但边界出现裂缝，墙体中部亦出现竖向通缝。5)总体上采用烧结砖(如粘土多孔砖、页岩烧结砖)的墙体裂缝比非烧结墙体裂缝少。

1.2 框架填充墙墙体裂缝影响因素

1)墙体材料的影响。对于框架结构填充墙，可以把每一面墙所包含的梁柱门窗洞口和填充墙、抹灰层、外墙装饰层视为有机结合的一个整体墙。在这个整体墙当中，由于许多内在因素的影响，从而产生了形式多样的内应力，砌块干缩是其中主要因素。当砌块砌筑时，材料一般较湿，其后由于气候或使用条件而逐渐干燥，墙体水分排出而随之收缩。当砌块砌成墙后，体积的变化使其受到砂浆和其他构件的约束，形成内应力。这些内应力从墙体砌筑完成便已开始形成并一直在墙体中发生变化。当变化过程中形成较大的内应力并集中在墙体的某一部位，而该处的抗拉强度不足以抗衡的情况下，则会产生裂缝并将这部分的集中应力逐步释放。砌体材料的干、湿不稳定性也会产生裂缝。由于墙体材料大多是由粉煤灰、煤矸石之类的材料压制而成的砌块，其内部空隙多，吸水率高，收缩变形大，其制品收缩率是传统烧结粘土砖的 3倍以上。如加气混凝土砌块在自然堆积状态下，其含水率逐步降低的同时，砌块收缩变形，当含水率达到5%时，干缩变形才趋于稳定。干缩后的材料受潮后仍会膨胀，无水后还会干缩变形，只是干缩率有所降低。2)温度影响。框架结构顶层屋面板和填充墙的接触面紧密结合。在太阳光的辐射下，建筑物内部会因此产生相应的温度应力。顶层的梁比墙体温度偏高，且钢混的线膨胀系数常大于砖砌体，二者的相对温差导致屋面板受压应力，墙体受拉应力，接触面上产生剪应力。当屋面板和墙体的自由变形差异较大时，通过摩擦阻力使墙体内主拉应力达到一定数量(抗拉强度)之后，便引起斜裂缝或剪应力水平裂缝。3)地基不均匀沉降引起裂缝。一般情况下，当混凝土结构主体和基础刚度较大时，其抵抗地基沉陷的能力还是比较强的。但是地基处理不满足规范要求时，特别是在严重湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、盐渍土、软弱土等不良场地，仍时常产生地基沉陷(膨胀)裂缝。

2 框架填充墙墙体开裂机理

填充墙开裂会经过以下三个步骤:1)“整体墙”内部形成较大的内应力;2)内应力在墙体的某一部位出现应力集中;3)在应力集中的部位，砌体的抗拉强度不足以抗衡集中应力的作用，以裂缝的形式表现，同时将这部分的集中应力不断释放，逐步形成较大的裂缝。

其中，引起整体墙产生的内应力因素有以下几方面:1)墙体材料干缩变形产生内应力的大小与实际干缩值成正比，而实际干缩值的大小则与新墙体材料的标态干缩值、实际含水率同方向变化，与产品的龄期反方向变化。2)砌体的沉缩产生内应力。砌体在砌筑过程及砌筑完成后都会出现沉缩，它包括砌体在自重作用下产生的砂浆塑性变形而下沉，也包括墙体材料和砂浆的干燥收缩。其内应力的大小与砌体的沉缩量成正比。3)温度的变化产生内应力。温度的变化会引起材料的热胀、冷缩。钢筋混凝土的线膨胀系数与砌体的存在不同，两者在环境上通常还存在一定的温差，这使得二者的变形不同步。由于框架结构是超静定结构，约束条件下温度变化引起足够大的变形时，建筑物将产生温度应力，墙体内部即产生内应力，此内应力的大小与温度的变化成正比。另外，砌体基层与抹灰层之间也会形成一种温度应力。4)建筑物设计构造不合理引起内应力。建筑物某些部位如果设计时刚性不足，则由于其自身的变形而产生内应力，如梁的跨度太大，其中部的向下徐变量超过一定限度时，又如悬臂梁过长而刚度不足以抵抗变形时，还有门窗洞口上面的过梁刚性小而向下弯曲等，这些内应力最终作用在墙体上。5)墙体应力集中对于墙体来讲，门、窗洞口以及不同结构物体的交接处都是应力集中的部位，这是我们最常见到出现裂缝的位置。还有容易产生应力集中的位置是与不按照有关规定施工操作有关的，比如在预埋暗线管处沟槽内的砂浆填塞不饱满密实，使用断裂砌块砌筑、砌块存在瞎缝、预留洞口填塞不严、灰缝不饱满等。对于框架填充墙来讲，最易造成墙体开裂的内应力是干缩和温度变化形成的。所以，框架填充墙裂缝以干缩裂缝和温度裂缝出现最多。

填充墙体开裂的影响因素是比较复杂的，总的来讲有外界因素和内部因素两方面。外界因素包括温度、湿度、地基条件及各种外荷载等，内部因素有墙体材料性能、建筑物本身的特点及门窗洞口的位置与尺度、墙体整体性能等。对于框架结构填充墙，根据调查和试验分析结果可以得出，产生填充墙裂缝的主要原因有两个:1)温度变化;2)砌体干缩，以及二者共同作用产生的裂缝。

3 导致墙体开裂的其他因素

导致填充墙产生裂缝的原因还有地基不均匀沉降、受外力影响、设计构造和施工不当等因素，这些因素是导致墙体开裂的次要原因。

3.1 不均匀沉降

底层墙体的斜裂缝、正八字或倒八字裂缝为地基基础不均匀沉降引起的变形裂缝，简称沉降裂缝。房屋各层窗间墙一个方向倾斜的斜裂缝，说明房屋一边沉降大而另一边沉降小;房屋窗间墙出现正八字的裂缝，表明房屋地基基础中间部位沉降大而两头沉降小;房屋窗间墙产生立面上呈倒八字的裂缝，则揭示房屋地基中间部位沉降小，而两头大。墙柱中的水平裂缝，是由墙基或柱基沉降引起的变形裂缝，也简称为沉降裂缝。这种裂缝通常出现在较高的楼层或顶层中。在新回填土较深的桩基上的单层房屋，在负摩擦力作用下也有在窗上墙出现水平裂缝的工程实例。沉降裂缝是由地基基础沉降(或不均匀沉降)引起的，而导致沉降或不均匀沉降的具体原因有抽排地下水、设计不当和施工不当等。

3.2 受力

底层窗下墙，在条形地基反力的作用下，为弯、剪构件，因而在窗下墙中间的上部出现垂直裂缝，而在支座附近出现斜裂缝。窗间墙或窗间护壁柱在自重、各层楼面和屋面梁板传来的荷载作用下，一般为小偏心受压构件，当抗压承载力安全储备不满足规范要求时，往往使轴向压力达到墙体破坏荷载的 50%以上，因而使单砖先裂，继而出现贯穿若干皮砖的竖向裂缝，其原因往往是少算荷载或加层超载引起的。

3.3 设计构造和施工不当造成裂缝

框架填充墙是框架成型后再砌筑而成的，当选用的砌块或砖外形尺寸不规范或砌筑的规格与墙体尺寸不匹配时，墙体很难被填满，造成砌体与框架结构的梁板柱交接部位空隙过大而开裂;当应力集中区门窗洞等部位如果未采取有效的拉结加强措施时，墙体容易因撞击振动开裂;砌块养护龄期未达 28 d或阴雨天上墙，墙体会因砌块过大的收缩变形导致开裂;设计与施工往往忽略顶层砌体的砂浆强度，误认为顶层墙体受力最小，砂浆强度可以最低，未顾及屋面热胀引起的推力对墙体的作用。在检测鉴定中发现，在设计上顶层的砌筑砂浆强度采用M 2.5，是各楼层中最低值，而实际施工连M 1.0都未达到，手捏即成粉末状，因而顶层墙体出现了较为严重的屋面热胀裂缝。

各种裂缝原因叠加，常常使裂缝加剧，如一旦出现沉降引起的斜裂缝，温度收缩将使这种裂缝加宽。