框架結構填充墻裂縫成因分析

付光旭　李　峰　李　旺　尚　凱

摘 要:本文通過對框架結構填充墻體裂縫的特點及成因進行分析,更進一步的闡述了其影響因素。

關鍵詞:框架填充墻;溫度裂縫;干縮裂縫;裂縫成因

1 引言

長期以來,實心黏土磚一直是我國墻體材料中的主導材料。但實心黏土磚的生產消耗了大量的土地資源和煤炭資源,造成嚴重的環境破壞和污染,在國務院的相關文件己明確提出相關城市限時禁止使用黏土實心磚的目標。大力開發與推廣使用節土、節能、利廢、多功能、有利于環保、符合可持續發展的新型墻體材料,特別是輕質、高效、保溫、隔熱、外觀整齊、帶有自裝飾、施工方便快捷的新型墻體材料是各級政府和廣大建筑科技人員的一項重要使命。隨著輕型填充墻體材料在當前建筑中框架結構和框架一剪力墻結構中的廣泛應用,輕質填充墻墻體材料不再使用傳統的黏土磚,而是使用輕質高強和多功能的建筑材料,即屬于新型建筑材料。但與此同時,隨著新型建筑材料的廣泛應用,隨之而來的一系列問題也出現了,尤其是墻體的裂縫問題。有關填充墻裂縫這類建筑質量缺陷的投訴也越來越多,人們對輕質砌塊這種新型墻體材料產生了懷疑。由于對輕質砌塊缺乏了解,再加上許多粘土磚填充墻使用多年也很少出現裂縫,許多人認為是砌塊本身存在嚴重的質量問題,對砌塊的態度由歡迎變成了抵制,有些工程甚至又開始使用黏土磚。其實,砌塊填充墻出現裂縫在世界上很多國家都普遍出現過,一些發達國家解決裂縫的主要方法是從生產質量方面入手,經過嚴格的砌塊生產控制和有效的施工措施,這些國家已基本解決墻體裂縫問題。但在我國,填充墻體的裂縫問題仍然大面積出現,這個問題給消費者和設計施工單位帶來很多負面的影響,有待徹底解決。故本文針對框架填充墻體裂縫特點、影響因素和成因進行探討分析。

2 框架填充墻裂縫的特點及影響因素

在墻體中,由于諸多內在因素的影響,墻體內產生形式多樣的內應力,這種內應力從墻體砌筑完成便已開始形成并一直會在墻體中發生變化。當變化過程中形成較大的內應力集中在墻體的某一部位,且該處的強度不足以抗衡時,該處則會產生裂縫并將這部分的集中應力逐步釋放。砌體結構裂縫原因從客觀上有兩類:一類是由結構上的荷載作用引起的;另一類是由使結構發生變形作用引起的。由前者引起的稱為荷載裂縫(或受力裂縫),由后者引起的稱為變形裂縫(或非受力裂縫),這是兩種性質截然不同的裂縫。

我們研究的框架填充墻裂縫屬于變形裂縫。其原因是框架結構填充墻只承受墻體自重,不承擔上部荷載,因此填充墻裂縫不屬于受力裂縫。當出現結構材料硬化導致的體積變形、環境溫濕度變化、地基沉降等非荷載因素影響時,墻體結構發生變形作用,當這種變形超出墻體的自身強度極限時,框架填充墻開裂。框架填充墻裂縫經常出現的部位有:①填充墻墻體與框架交接處裂縫出現的最多,尤其是墻頭的兩端部。據分析,墻體的溫差應力在房屋兩端部形成最大值。因此,在墻體的兩端部最容易導致主拉應力破壞;②門窗洞口四角處也容易開裂;③墻體裂縫頂層和次頂層相對較多,端開間尤其嚴重。由于屋頂梁板熱脹或冷縮時,會產生較小的運動,使得頂層橫墻或縱墻沿墻頂支座處錯動而形成通長水平裂縫。同時,頂板受熱膨脹也會對山墻及女兒墻產生水平推力,從面產生水平裂縫;④在長墻體中間部位,不但邊界出現裂縫,墻體中部亦出現豎向通縫;⑤總體上采用燒結磚(如黏土多孔磚、頁巖燒結磚)的墻體裂縫比非燒結墻體裂縫少。

填充墻產生裂縫的影響因素,①墻體材料的影響。對于框架結構填充墻,可以把每一面墻所包含的梁柱門窗洞口和填充墻、抹灰層、外墻裝飾層視為有機結合的一個整體墻。在這個整體墻當中,由于許多內在因素的影響,從而產生了形式多樣的內應力,砌塊干縮是其中主要因素。當砌塊砌筑時,材料一般較濕,其后由于氣候或使用條件而逐漸干燥,墻體水分排出而隨之收縮。當砌塊砌城墻后,體積的變化使其受到砂漿和其他構件的約束,形成內應力。這些內應力從墻體砌筑完成便已開始形成并一直在墻體中發生變化。當變化過程中形成較大的內應力并集中在墻體的某一部位,而該處的抗拉強度不足以抗衡的情況下,則會產生裂縫并將這部分的集中應力逐步釋放。砌體材料的干、濕不穩定性也會產生裂縫。由于墻體材料大多是由粉煤灰、煤研石之類的材料壓制而成的砌塊,其內部空隙多,吸水率高,收縮變形大,其制品收縮率是傳統燒結粘土磚的3倍以上。如加氣混凝土砌塊在自然堆積狀態下,其含水率逐步降低的同時,砌塊收縮變形,當含水率達到5%時,干縮變形才趨于穩定。干縮后的材料受潮后仍會膨脹,無水后還會干縮變形,只是干縮率有所降低。②溫度影響。框架結構頂層屋面板和填充墻的接觸面緊密結合。在太陽光的輻射下,建筑物內部會因此產生相應的溫度應力。頂層的梁比墻體溫度偏高,且鋼混的線膨脹系數常大于磚砌體,二者的相對溫差導致屋面板受壓應力,墻體受拉應力,接觸面上產生剪應力。當屋面板和墻體的自由變形差異較大時,通過摩擦阻力使墻體內主拉應力達到一定數量(抗拉強度)之后,便引起斜裂縫或剪應力水平裂縫。③地基不均勻沉降引起裂縫。一般情況下,當混凝土結構主體和基礎剛度較大時,其抵抗地基沉陷的能力還是比較強的。但是地基處理不滿足規范要求時,特別是在嚴重濕陷性黃土、凍脹土、膨脹土、鹽漬土、軟弱土等不良場地,仍時常產生地基沉陷(膨脹)裂縫。

3 框架填充墻體裂縫成因分析

內部因素兩方面。外界因素包括溫度、濕度、地基條件及各種外荷載等,內部因素有墻體材料性能、建筑物本身的特點及門窗洞口的位置與尺度、墻體整體性能等。對于框架結構填充墻,根據調查和試驗分析結果可以得出,產生填充墻裂縫的主要原因有兩個:一是溫度變化,二是砌體干縮,以及二者共同作用產生的裂縫。以下就框架填充墻裂縫的兩個主要成因進行分析。

3.1 溫度變化影響

溫度作用是一種變形作用。結構物在溫度作用下會產生變形,若變形受到約束,會在結構內部產生約束應力。這種由溫度作用而產生的應力稱為溫度應力。當某處砌體的溫度應力超出了其抗拉抗剪強度極限值時,該處則會產生裂縫并將這部分的集中應力逐步釋放。

溫度的變化會引起材料的熱脹冷縮。溫度的變化會引起材料的熱脹冷縮。當溫度變化時,框架體系中的鋼筋混凝土和砌體都會產生溫度變形,但二者的線膨脹系數存在差別,鋼筋混凝土變形不同步。在相同構件長度條件下,鋼筋混凝土和砌體的鋼筋混凝土和砌體的變形值相差兩倍之多,二者變形不同步,相互之間就會形成一種約束力,當這種約束力超出了材料的強度極限范圍時,不同材料之間就會產生集中應力釋放,裂縫因此產生。

溫度應力的產生與計算。溫度應力產生必須具備兩個條件:一是構件之間產生溫差,二是變形受到約束。如果沒有溫度變化,材料就不會產生相應變形;如果變形不受到約束,變形就屬于無任何約束的自由變形,因此材料只是伸長或縮短而己,其內部就不會產生溫度應力。框架結構具有一定的約束力,在約束條件和砌體溫度變形同時存在的情況下,建筑物將產生溫度應力,該溫度應力與溫度的變化成正比。當作用于墻體的溫度應力超過砌體的抗拉抗剪強度時,裂縫出現。頂層梁下墻體的開裂很多是都是這個原因。例如,炎熱的夏日常使混凝土屋面結構處于高溫狀態,且混凝土線脹系數較大,發生較大的熱脹變形,而屋面下的磚墻溫度較低,且其線脹系數較小,發生較小的熱脹變形,因其熱脹變形差較大而產生混凝土屋面結構對磚墻的熱脹推力;又如氣溫下降到低于成型溫度時(砌體成型溫度高),砌體又發生冷縮。裂縫工程實例表明:建成交付使用后的裂縫,往往是由季節性溫差較大,炎夏砌筑的砌體到冬季寒潮來臨時發生。

3.2 砌體的干縮

填充墻的干縮裂縫大多與采用墻體材料的收縮性能和結構約束條件有關,通常砌體收縮值和結構約束小的砌體,一般不易產生干縮裂縫。

材料收縮性能。砌體的收縮包括兩個方面:一是非燒結砌塊(如混凝土砌塊)在結硬過程中的干縮;另一個是砌筑砂漿在結硬過程中的干縮。可知:燒結黏土磚砌體收縮率為-0.1 mm/m蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚砌體和混凝土砌塊砌體為-0.2 mm/m,輕骨料混凝土砌塊砌體為-0.3 mm/m。因此,非燒結砌塊砌體總是比燒結黏土磚砌體的材料收縮大,特別是剛出廠短齡期的混凝土砌體的收縮更大。

約束條件。對墻體的約束條件,也有局部約束和體系約束兩種。前者為發生在兩種材料的界面約束或縱墻與橫墻相互間的約束,這種局部約束由溫度收縮引起的豎向裂縫,其寬度約為0.2-0.3mm;后者裂縫發生在墻體截面受到削弱的窗上或窗下墻上,每層豎向墻體受到地基基礎以及各層樓(屋)面的約束。當主要受各層現澆混凝土樓(屋)面約束,且具備兩頭樓(屋)面面積大,中間樓(屋)面面積小的條件時,不僅在中間面積較小的現澆混凝土樓(屋)面板上出現貫穿裂縫,而且其下的墻體中在相應部位也會出現豎向裂縫。這種體系裂縫寬度較寬,約為1.2-3.0mm。

結論

近年來,由于房地產行業的迅速發展,框架結構得到廣泛應用。在我國,填充墻體的裂縫問題仍然大面積出現,這個問題給設計施工單位和開發單位帶來很多負面的影響。本文針對這種情況,分析了框架結構填充墻體裂縫產生的特點,對裂縫成因進行分析,通過論述有助于在實際設計人員與施工建造人員更進一步在施工和設計中盡量減少墻體開裂和裂縫的發展。

參考文獻

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