淺談砌體結構變形裂縫的原因及控制

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目前，砌體結構房屋出現(xiàn)各種型式的裂縫，非常常見，其裂縫程度輕重不一，差別很大，輕則影響房屋正常使用和美觀，嚴重的將形成結構安全隱患，甚至發(fā)生工程事故。通過分析，引起砌體結構裂縫的原因很多，有的是地基、溫度、干縮，也有的是設計、施工、材料的原因。
    這里，將砌體結構裂縫分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類，在各種直接荷載作用下結構產(chǎn)生的裂縫稱為受力裂縫，而砌體因收縮、溫度、濕度變化、地基沉陷不均等引起的裂縫是非受力裂縫，又稱變形裂縫。砌體房屋的裂縫中變形裂縫約占80％以上，其中溫度裂縫更為突出。相對于受力裂縫，變形裂縫的產(chǎn)生機理和影響因素復雜得多，本文主要分析砌體結構的變形裂縫。
    一、裂縫的產(chǎn)生機理及主要形態(tài)：
    (一)溫度裂縫：
    熱脹凍縮，是各種物質的一個物理物征，各種建筑材料及其所形成的構件也不例外。在建筑中，各構件相互連接成一空間整體，混凝土和砌體之間的變形差異導致構件中產(chǎn)生溫度應力，混凝土頂蓋變形大，墻體變形相對較小，導致磚砌體和混凝土屋蓋之間產(chǎn)生約束應力。當外界溫度升高時，使屋蓋受壓，墻體受拉、受剪。當約束條件下作用于構件的溫度應力足夠大時，超過砌體的抗拉或抗剪強度時就產(chǎn)生了裂縫，這就是溫度裂縫產(chǎn)生的直接原因。
    溫度裂縫是造成墻體早期裂縫的主要原因，這些裂縫一般經(jīng)過一個冬夏之后才逐漸穩(wěn)定，不再繼續(xù)發(fā)展，裂縫的寬度隨著溫度變化而略有變化。
    這類裂縫裂縫常在建筑物（特別是那些縱向較長的）混凝土平屋蓋頂層兩端內外縱墻上，門窗洞兩邊，以及砌體女兒墻根部。溫度裂縫形態(tài)呈“八”字型或直線型，且顯對稱性，但有時又僅一端有。譬如混凝土平屋蓋頂層兩端內外縱墻上的“八”字縫。由于房屋兩端為“自由端”，水平約束力較??；當屋面向兩端熱脹時，致使下部砌體出現(xiàn)正“八”字型縫，當冷縮時，就出現(xiàn)倒“八”字型縫。而在溫度上升的時候由于混凝土的膨脹大于砌體，樓板的膨脹受砌體的約束，從而在女兒墻根部形成向外的剪應力；而氣溫下降時，對女兒墻根部形成向內的剪應力，周而服始，墻體根部水平裂縫就產(chǎn)生了。
    剪應力在墻體內的分布為兩端附近較大、中間漸小、頂層大、下部小，所以溫度裂縫也有明顯的規(guī)律性，即兩端重中間輕、頂層重往下輕、陽面重陰面輕。
    (二)干縮裂縫
    燒結粘土磚，包括其它材料的燒結制品，其干縮變形相對很小，但變形完成比較快。粘土磚隨含水率的增加而膨脹，在含水率降低時磚不會收縮，即這種膨脹不會因為在大氣溫度中變干而收縮。磚中的含水量取決于原材料的種類和燒制溫度范圍，只要不使用新出窯的滿足了齡期的磚，一般不考慮砌體本身的干縮變形引起的附加應力。當磚從窯中取出時尺寸最小，然后隨著含水率的增加而膨脹，即在潮濕情況下會產(chǎn)生較大的濕脹，而且這種濕脹是不可逆的變形。對于砌塊、灰砂磚、粉煤灰磚等砌體，隨著含水量的降低，材料會產(chǎn)生較大的干縮變形。輕骨料塊體砌體的干縮變形更大。干縮變形的特征是早期發(fā)展比較快，當砌體暴露在潮濕的空氣中它開始膨脹，在開始的幾個星期內膨脹最大，膨脹會以很低的速率持續(xù)幾年，以后逐步變慢，幾年后材料才能停止干縮。但是干縮后的材料受濕后仍會發(fā)生膨脹，脫水后材料會再次發(fā)生干縮變形，但其干縮率有所減小。 　　
    收縮裂縫不是結構裂縫，但它們破壞了墻體外觀。這類干縮變形引起的裂縫在建筑上分布廣、數(shù)量多、裂縫的程度也比較嚴重。如房屋內外縱墻中間對稱分布的倒八字裂縫；在建筑底部一至二層窗臺邊出現(xiàn)的斜裂縫或豎向裂縫；在屋頂圈梁下出現(xiàn)的水平縫和水平包角裂縫；在大片墻面上出現(xiàn)的底部重、上部較輕的豎向裂縫。收縮裂縫一般多出現(xiàn)在下部幾層，有的砌塊房屋山墻大墻面中間部位出現(xiàn)了由底層一直延伸至3、4層的豎向裂縫。另外不同材料和構件的差異變形也會導致墻體開裂。如樓板錯層處或高低層連接處常出現(xiàn)的裂縫，框架填充墻或柱間墻因不同材料的差異變形出現(xiàn)的裂縫；空腔墻內外葉墻用不同材料或溫度、濕度變化引起的墻體裂縫，這種情況一般外葉墻裂縫較內葉墻嚴重。此外，由于砌筑砂漿強度不高，灰縫不飽滿，干縮引起的裂縫往往呈發(fā)絲狀分散在灰縫縫隙中，清水墻時不易被發(fā)現(xiàn)，當有粉刷抹面時就顯露出來。干縮引起的裂縫寬度不大，且裂縫寬度較均勻。
    (三)地基變形：
    房屋下面的地基承受整幢房屋的荷載而產(chǎn)生壓縮變形，房屋隨之沉降。當?shù)鼗翆硬灰恢禄蛲翆右恢露喜亢奢d不均勻時，結構物剛度差別懸殊時，地基就產(chǎn)生不同的壓縮變形而形成不均勻沉降，使房屋的墻體中產(chǎn)生彎曲和剪切引起的附加應力。當差異沉降較大時，墻體內產(chǎn)生的拉應力將超過砌體的抗拉強度，墻體中會出現(xiàn)裂縫。地基、基礎、建筑物構成了一個整體、共同工作，其內力和變形形態(tài)與土的性質、建筑物與地基的剛度、基礎與建筑物的尺寸形狀、材料的彈塑性性質、徐變等影響因素有關。
    地基不均勻沉降裂縫的形態(tài)是多種多樣的，有些裂縫隨時間長期變化，裂縫寬度較寬，有時寬至數(shù)厘米。地基變形裂縫主要分為剪切裂縫和彎曲裂縫，常見的有八字裂縫和斜向裂縫，多出現(xiàn)在房屋中下部且發(fā)生于房屋中下部的裂縫較上部寬度大。
    二、裂縫的預防、控制措施：
    在目前的技術經(jīng)濟水平下，我們尚不能完全防止和杜絕由于鋼筋混凝土屋蓋的溫度變形和砌體干縮變形引起的墻體局部裂縫。只能通過一些合理的構造措施，使砌體房屋墻體的裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展達到可接受的程度。
    (一)防止主要由溫度變化引起的砌體結構開裂，宜采取下列構造措施：
    1、屋蓋上設置保溫層或隔熱層,減緩熱脹冷縮動力源；
    2、在屋面水泥砂漿找平層或剛性防水層適當部位設置分倉縫（控制縫），控制縫的間距不大于30m；
    3、當采用現(xiàn)澆混凝土挑檐的長度大于12m時，宜設置分隔縫，分隔縫的寬度不應小于20mm，縫內用彈性油膏嵌縫；
    4、建筑物溫度伸縮縫的間距除應滿足《砌體結構設計規(guī)范》BGJ3-88第5.3.2條的規(guī)定外，宜在建筑物墻體的適當部位設置控制縫，控制縫的間距不宜大于30m；
    5、女兒墻一定范圍增加構造柱，分散溫度應力；
    6、非地震地區(qū),在房屋頂層宜設鋼筋混凝土圈梁。若采用鋼筋混凝土圈梁,圈梁不宜外露。若不設圈梁,可在屋蓋四周檐口下的砌體內,配置適當轉角鋼筋。
    (二)防止主要由墻體材料的干縮引起的裂縫，可采用下列措施：
    1、選用干縮值低的墻材?？刂破鲋r材料的含水量(先讓材料干縮后砌墻)。采用低強度砂漿和長度小的磚塊,可以避免磚塊的斷裂,并將細小裂縫均勻分散到各個垂直的灰縫隙中,避免變形和應力集中,累加出現(xiàn)大裂縫；
    2、面積較大的墻體采用在墻體內增設構造梁柱的構造措施。如墻體長度超過5ｍ,可在中間設置鋼筋混凝土構造柱;當墻體高度超過3ｍ(120ｍｍ厚墻)或4ｍ(≥180ｍｍ厚墻)時,須在墻中腰處增設鋼筋混凝土腰梁,或設置伸縮縫；
    3、正確掌握各種砌塊使用時的含水率。砌體在生產(chǎn)儲存期、運輸、現(xiàn)場堆放等均要防止被水浸濕,雨季還應做好對砌塊和砌體的遮蓋。施工時,一般提前1～2ｄ灑水稍作濕潤。砌塊含水深度以表層8ｍｍ～10ｍｍ為宜；
    4、構造措施之一（設置控制縫）：
    (1)控制縫的設置位置：
    a.在墻的高度突然變化處設置豎向控制縫；
    b.在墻的厚度突然變化處設置豎向控制縫；
    c.在不大于離相交墻或轉角墻允許接縫距離之半設置豎向控制縫；
    d.在門、窗洞口的一側或兩側設置豎向控制縫；
    e.豎向控制縫，對3層以下的房屋，應沿房屋墻體的全高設置；對大于3層的房屋，可僅在建筑物1-2層和頂層墻體的上述位置設置；
    f.控制縫在樓、屋蓋處可不貫通，但在該部位宜作成假縫，以控制可預料的裂縫；g.控制縫作成隱式，與墻體的灰縫相一致，控制縫的寬度不大于12mm，控制縫內應用彈性密封材料，如聚硫化物、聚氨脂或硅樹脂等填縫。
    (2)控制縫的間距：
    a.對有規(guī)則洞口外墻不大于6mm；
    b.對無洞墻體不大于8m及墻高的3倍；
    c.在轉角部位，控制縫至墻轉角的距離不大于4.5m；
    5、構造措施之二（設置灰縫鋼筋）：
    (1)在墻洞口上、下的第一道和第二道灰縫，鋼筋伸入洞口每側長度不應小于600mm；
    (2)在樓蓋標高以上，屋蓋標高以下的第二或第三道灰縫，和靠近墻頂?shù)牟课唬?
    (3)灰縫鋼筋的間距不大于600mm；
    (4)灰縫鋼筋距樓、屋蓋混凝土圈梁或配筋帶的距離不小于600mm；
    (5)灰縫鋼筋宜采用小螺紋鋼筋焊接網(wǎng)片，網(wǎng)片的縱向鋼筋不小于25，橫筋間距不宜大于200mm；
    (6)對均勻配筋時含鋼率不少于0.05%，局部截面配筋，如底、頂層窗洞上下不小于38；
    (7)灰縫鋼筋宜通長設置，當不便通長設置時，允許搭接，搭接長度不應小于300mm；
    (8)灰縫鋼筋兩端應錨入相交墻或轉角墻中，錨固長度不應小于300mm；
    (9)灰縫鋼筋應埋入砂漿中，灰縫鋼筋砂漿保護層，上下不小于3mm，外側小于15mm，灰縫鋼筋宜進行防腐處理；
    (10)當利用灰縫鋼筋作砌體抗剪鋼筋時，其配筋量應按計算確定，其搭接和錨固長度尚不應小于75d和300mm；
    (11)不配筋的外葉墻應設控制縫，控制縫間距不宜大于6m；
    (12)設置灰縫鋼筋的房屋的控制縫的間距不宜大于30m。
    6、構造措施之三（在建筑物墻體中設置配筋帶）：
    (1)在樓蓋處和屋蓋處；
    (2)墻體的頂部；
    (3)窗臺的下部；
    (4)配筋帶的間距不應大于2400mm，也不宜小于800mm；
    (5)配筋帶的鋼筋，對190mm厚墻，不應小于2ф12，對250～300mm厚墻不應小于2ф16，當配筋帶作為過梁時，其配筋應按計算確定；
    (6)配筋帶鋼筋宜通長設置，當不能通長設置時，允許搭接，搭接長度不應小于45d和600mm；
    (7)配筋帶鋼筋應彎入轉角墻處錨固，錨固長度不應小于35d和400mm；
    (8)當配筋帶僅用于控制墻體裂縫時，宜在控制縫處斷開，當設計考慮需要通過控制縫時，宜在該處的配筋帶表面作成虛縫，以控制可預料的裂縫位置；
    (9)對地震設防裂度≥7度的地區(qū)，配筋帶的截面不應小于190mm×200mm，配筋不應小于410；
    (10)設置配筋帶的房屋的控制縫的間距不宜大于30m。
    (三)防止主要由地基沉降引起的裂縫，應以預防為主，可采用下列措施：
    1、建筑物的平面、體型盡量簡化、力求簡單；
    2、合理設置沉降縫，在建筑物平面轉折處、建筑高度荷載突變處、結構類型不同處以及地基土軟硬交界處設置沉降縫；
    3、減輕結構自重；
    4、增強建筑物的剛度和強度，設置封閉圈梁和構造柱，特別是增強頂層和底層圈梁，合理布置縱橫墻，采用整體性好、剛度大的基礎形式，大跨度窗臺采用鋼筋混凝土窗臺梁并根據(jù)規(guī)范要求在窗洞兩側增加構造柱等；
    5、減小或調整基底的附加應力，改變基礎地面尺寸，盡量簡化基礎受力，采用單一基礎類型，使不同荷載的基礎沉降量接近；
    6、采用天然地基做持力層的，基槽清理一定要到位；
    7、鉆孔混凝土攪拌樁在打樁鉆孔時清孔要徹底，減少樁基礎的沉降。
    (四)其它裂縫
    這些縫比如未可遇見的由于地震引起的裂縫；施工洞預留不當造成的洞邊縫；施工過程中的通縫；砌體砂漿不飽滿、砌體上墻不澆水等形成的縫隙等。
    1、設計時按抗震規(guī)范要求設計并適當提高砌體砂漿標號；
    2、施工時嚴格要求，施工人員需上崗前開碰頭會進行技術交底并有上崗證；
    3、建筑材料需合格；
    4、嚴格按照驗收規(guī)范進行施工和監(jiān)督，特別在填充墻方面施工單位和監(jiān)理單位有時會疏忽。
    三、小結
    綜上所述，產(chǎn)生裂縫的原因很復雜，所以要預防為主，預防的主要措施是：
    1、設計時考慮周全，盡量排除動力源；
    2、施工圖審查時，認真加仔細，對設計中不足提出補救措施；
    3、施工過程中嚴格按照國家驗收規(guī)范和施工圖要求施工；
    4、質量監(jiān)督時嚴格按照國家驗收規(guī)范和圖紙把好材料和技術關，對施工中不符合要求的嚴令整改；
    5、根據(jù)建筑物的具體情況，如場地土及地震設防裂度、基礎結構布置型式、建筑物平面、外形等，綜合采用上述抗裂措施。
    總而言之，只要認真對待，墻體裂縫是可以預防的。