李洪莉

砌体结构的房屋墙体开裂已成为一种通病,有的裂缝在较长时间内不稳定,且随着气候变化而变化,有的经过修补加固后,仍旧会裂开,处于活动状态,已经深刻影响了人们的生产和生活。顶层墙体裂缝在建筑物顶层端部房间更为明显,裂缝的产生是由很多因素造成的,可总结为以下几个方面。

1 在结构设计上存在的问题

主要表现在:1)建筑物顶层端部剪应力与温度成正比,与水平阻力系数、材料弹性模量、建筑物长度呈非线性关系,控制温度应力引起墙体裂缝的主要因素有多种,而不是建筑物长度单一因素,因此用伸缩缝作为控制裂缝的唯一方法是不全面的。2)砖混房屋长度过长,如有的住宅5个单元连在一起,总长度超过温度变形允许长度,规范规定总长超过60 m应设伸缩缝,有的房屋超过较多而未设,也未采取其他措施。3)在砖混结构中设置构造柱时只考虑符合抗震规范,不考虑实际存在的温度应力,未对建筑物端部的裂缝多发区重点加强。构造柱是增强建筑物整体性,抵抗地震作用的重要构造措施,过去不少设计构造柱的设置只考虑符合抗震规范,不考虑实际已存在的温度应力,认为温度应力在规范上未明确规定计算的方法,不考虑不能算是设计错误。因此,设计人员对6层以下住宅,基本上是隔间布置构造柱,未对建筑物端部裂缝多发区予以重点加强,构造柱的布置有的较稀,每隔2道～3道内横墙才设,靠近建筑物端部往往也是一视同仁。4)有些房屋采用屋顶钢筋混凝土大挑檐,有时还上卷,为平衡悬挑荷重,一般在室内屋盖部分现浇一部分屋盖板。由于屋面挑檐为外露结构,且在大挑檐上的保温层较薄或不做保温层,对温度的变化十分敏感。这时外挑檐、圈梁及现浇屋盖部分共同组成刚度较大的现浇连续板,如遇温度变化,就会产生较大的温度应力。温度升高时,引起墙体开裂;温度下降时,挑檐本身则会产生裂缝。5)选用砖、砂浆强度等级仅考虑砌体的竖向承载力,往往越到顶层强度越低,有些建筑物底部几层采用MU10级砖,M5级砂浆,而到顶层则为M U7.5级砖,M2.5级砂浆,设计人员习惯从强度上考虑,对温度应力引起的抗剪强度及变形则考虑较少。

2 在施工中存在的问题

主要表现在:1)由于人们在以往的工程施工中,只是注重荷载引起的承载力变化,对于温度引起的应力变化往往忽视,在越往上的施工中,对砂浆强度和砌体质量不够重视,造成实际墙体等级过低,难以抵抗屋面作用到墙体上的温度应力而开裂,因此顶层、次顶层墙体砂浆不应低于底层墙体砂浆强度等级。2)因为施工质量差,顶层保温、隔热层及墙体抗剪强度达不到设计要求。施工时留置施工缝(直槎)较多,且未按构造设置马牙槎和拉结筋,构造柱与墙体连接处混凝土浇筑质量差,缺陷较多,也是造成墙体整体刚度差,引起开裂的原因。

3 材料方面

材料方面主要表现在钢筋混凝土现浇屋面和砖砌体的线性膨胀系数相差大。试验表明钢筋混凝土线性膨胀系数是砖砌体线性膨胀系数的2.4倍,因而钢筋混凝土屋盖温度引起的变性差值比砖砌体大得多,导致组合砌体之间产生相对位移,钢筋混凝土屋盖位受砖砌体约束,即使在相同温度下,也会产生混凝土屋面相对于砖砌体的位移。由于砖砌体对混凝土现浇板梁位移的约束,在砌体内部产生了剪应力和拉应力,因结构端部的相对位移最大,故端部产生的剪应力与拉应力也最大,当该剪应力与拉应力大于砌体材料的抗剪强度和抗拉强度时,就产生了温度裂缝。

4 受环境影响

由于建筑物处在自然环境中,受温度、季节及风雨等自然条件的影响大,而顶层外露面多,室内外温度差异悬殊,由此产生的温度应力也较大,形成墙体胀缩幅度大、频率高,是墙体开裂的主要原因。特别是在炎热的夏季,迎光面的墙体温度是背光面的两倍左右,墙体长度方向剪力最大而中部为零,所以,顶层或次顶层的内外纵墙上常产生“八”字形斜裂缝;而门窗洞口应力易集中,亦是裂缝多发区。在相同温度条件下,钢筋混凝土温度膨胀系数是砖砌体的两倍,屋面结构层在升温过程中,同一温度单元内沿房屋长度方向变形最大,而墙体则次之,这样使屋面与墙体接触面受剪,产生很大推力,致使墙体沿屋面间产生斜裂缝。另外因屋面对圈梁的推压作用,圈梁下的墙体易产生水平裂缝。

5 顶层墙体裂缝的防治措施

1)增强屋面保温层的保温效果。在屋顶隔热层设计中,应适当加大隔热层厚度,选择隔热性能好的隔热材料,泡沫塑料—水泥混凝土屋面保温隔热层是综合泡沫塑料优良的绝热性能及水泥混凝土牢固耐久性而设计的。克服了现在单纯水泥混凝土块隔热层夏季隔热效果差,冬季热流失大的缺陷,达到保温隔热效果好、受力均匀、牢固耐压、光洁美观、施工方便等优点。主要技术措施是利用泡沫塑料的绝热性能,制成与各种需保温隔热的物体相配套的泡沫塑料保温隔热块等,用于建筑、生活领域,对于标准较高的住宅,还可采用双层隔热。屋面保温层的最小厚度应较现在的做法有所提高,尽量不采用炉渣保温,保温材料要严格控制质量、含水率。必要时,屋面在有保温层的基础上增设架空隔热层。2)在设计中尽可能缩短建筑物的设缝长度,顶层墙体材料的选择也不能按常规设计(如顶层墙体一般采用M U7.5砖砌体和M5混合砂浆砌筑)。实际设计时,在端部应采用MU10砖砌体和M10混合砂浆砌筑,以提高砌体的抗剪、抗拉强度。对于结构长度较长,顶层墙体开洞较大等其他不利因素较多时,还可在墙体内每高500 mm设置钢筋网片。3)设计者重视抗裂构造的设计,在设计过程中,除对强度做必要计算,应针对墙体的具体情况,进行必要的抗裂验算,提出防裂的具体要求和措施,从源头上防止裂缝的产生。顶层两端房间外纵墙与内横墙交接处及山墙与内纵墙交接处均设构造柱,抗裂柱上下端锚固在相应圈梁内。多层房屋顶层圈梁宜沿所有内外墙设置,横墙圈梁间距不应大于两个开间,且不大于7 m,这样才能通过圈梁有效地传递温差引起的水平剪应力,并起到龙骨作用。4)改进挑檐设计。设计中应优先选用内天沟排水;在钢筋混凝土挑檐表面设置保温隔热层;当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12 m时,宜设置分隔缝,分隔缝的宽度不应小于20 mm,缝内用弹性油膏嵌缝。5)砂浆强度,砖的湿润强度、砂浆的和易性、灰缝的饱满度以及铺灰与砖操作的连续性等,都直接影响到砌体的强度和质量,因此,应严格按施工规范进行施工。多层砖混结构顶层的砌筑砂浆宜采用M7.5水泥砂浆,同时在低于屋面圈梁800 mm处的砌体内,布设两根φ 6封闭钢筋,在外纵墙与内纵墙未设构造柱处增设T字形墙拉结筋,每边伸入墙内不少于1 m,以增强砌体的整体性。6)砌体砌筑时,砂浆的和易性、砖的含水率、水平灰缝的厚度、块体的砌合方法及施工的连续性都直接影响砌体的强度和质量,施工单位应严格按照图纸和规范要求进行施工。

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