砌體結構裂縫產生的原因及控制措施

宋學陽

摘 要:裂縫是砌體結構中存在的非常重要的問題,分析其產生的原因,結合工程經驗提出控制裂縫的措施。

關鍵詞:砌體結構;裂縫;控制措施;加固處理

由磚、石或各種砌塊等塊體通過砂漿鋪縫砌筑而成的結構稱為砌體結構,磚石材料具有良好的耐火性,材料便宜,方便取得,施工工藝簡單,工期短等優點,是房屋建筑中采用較廣泛而經濟的地方材料。砌體結構在建筑工程中使用的很多,但砌體結構也存在一定的缺點,裂縫就是其中較為嚴重的問題,磚砌體出現裂縫,輕者影響外形美觀和使用功能,損害結構整體強度、剛度及穩定性,降低工程壽命,重者使建筑失去使用價值,甚至倒塌。

1 裂縫產生的原因及類型

引起砌體結構裂縫的原因很多,有地基、溫度、干縮,也有設計上的不足、施工質量、材料不合格及缺乏經驗等等,或是各種因素的綜合作用結果。

按裂縫的成因,墻體裂縫可分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類。各種直接荷載作用下,墻體產生的裂縫稱為受力裂縫,而砌體因收縮、溫度、濕度變化、地基沉陷不均勻等引起的裂縫是非受力裂縫,又稱為變形裂縫。

1.1 受力裂縫受力裂縫的產生主要是砌體結構設計中墻體在外荷載作用下的承載力沒達到規范所要求的強度,墻體由于外荷載產生的內應力超過了墻體自身可承受的極限而開裂。受力裂縫破壞基本上分為受壓、受拉、受彎和受剪破壞:①受拉破壞時裂縫成豎向平行分布。②受拉破壞時可分為沿齒縫開裂和沿墻面垂直開裂。當磚塊的強度等級較高而砂漿的強度較低時,磚體的抗拉強度大于該切向的粘結強度,砌體沿著與砂漿的交接面處處形成齒狀裂縫,墻體開裂破壞。反之,磚體的抗拉強度小于交接面處的粘結強度,易形成自上而下貫穿墻體的垂直裂縫,墻體開裂。③受彎裂縫破壞與受拉相似。④砌體局部受壓是常見的一種受力狀態,如基礎頂面的墻、柱的支撐處,梁或屋架端部的支撐處。

1.2 非受力裂縫非受力裂縫又分為溫度裂縫及基礎不均勻沉降裂縫等。

1.2.1 溫度裂縫溫度裂縫產生機理:對于磚砌體結構,混凝土由于溫度改變而引起的變化是砌體的兩倍。當外界溫度升高時,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生約束應力。使屋蓋受壓,墻體受拉、受剪。當約束條件下溫度變形引起的溫度應力足夠大時,墻體就會產生溫度裂縫。

2.2 斜裂縫常見于建筑物頂層兩端內外縱墻門窗洞的上下角上,對稱產生,呈八字形,向下一層的斜裂縫比頂層裂縫小。這主要是由于屋面變形受到墻體的約束,屋面板對墻體頂端產生水平推力,使墻體與屋蓋的接觸面受剪。而剪力與屋蓋挑檐或女兒墻的垂直壓力構成了墻體雙向應力,當主拉應力大于墻體的抗拉強度時,墻體便開裂。沿墻體分布的剪力大致為兩端大,中間小,由于端部正應力小,其主拉應力接近于剪應力,使橫墻及內外縱墻端部出現八字形裂縫。

1.2.3 豎向裂縫常見于門窗間墻上,情況嚴重的還會延至以下幾層,甚至出現貫通房屋全高的豎向裂縫。這是因為從屋蓋傳給墻體的主拉應力,在門窗洞口處約為平均應力的兩倍,窗間墻一般比較薄弱,當窗過梁擱置在窗間墻的兩端,擱置處受過梁傳來的局部壓力較大,過梁在熱脹冷縮的作用下,引起窗間墻受拉、受剪的動力較大,易產生垂直豎向裂縫。

1.2.4 水平裂縫常發生在頂屋圈梁下的水平磚縫中,有的在建筑四角形成包角裂縫,即會在兩端間四周墻上有一圈水平裂縫。當縱墻門窗洞口多時,水平裂縫常發生在門窗洞口上的磚縫中。以上兩種裂縫是由于屋蓋的熱脹冷縮作用,墻體內產生水平軸壓力和偏心彎矩,當應力大于砌體的拉力時,在薄弱的水平磚縫中就會產生水平裂縫。

1.3地基不均勻沉降裂縫地基不均勻沉降的裂縫的形態是多種多樣的,有的裂縫尚隨時間長期變化,裂縫較寬。沉降大處地基會產生局部凹陷,此時其上部荷載只能由磚砌體承擔,則磚砌體上產生了附加拉力和剪力,當該應力大于磚砌體的承載能力時會出現裂縫。這類裂縫大多會發生在底層,在頂層大量的豎向裂縫或接近豎向裂縫,在底層多數為斜裂縫。

1.3.1 斜裂縫常見于房屋底部,通過門窗口,與地面成45°角,少數有可能向上延伸到二層。這類破壞可近似的按彎曲破壞進行分析,如建筑中部沉降大,而端部沉降小,使建筑物產生正彎矩,結構中下部受拉,端部受剪,墻體由于剪力形成的主拉應力破裂。

1.3.2 豎向裂縫常見于底層窗下墻的中部,裂縫上端寬下端細。原因是窗下墻兩端在窗間墻上部的集中荷載作用下,使窗下墻的兩端受的壓力大,地基壓縮下降量大,而中部向上彎曲,產生彎曲裂縫。

1.3.3 水平裂縫窗間墻上下沿灰縫常出現水平裂縫,沉降大的一端,在窗間墻的下面灰縫中產生水平裂縫,沉降小的一端水平裂縫在窗間墻的上面。究其原因,建筑物沉降單元上部受到阻力作用時,使窗間墻承受較大的剪應力,當剪應力大于砌體的抗剪強度時產生裂縫。

2 裂縫的控制措施

大量工程實踐表明,控制裂縫應該防患于未然,特別是在設計時就要考慮如何預防裂縫的產生。磚砌體由于本身的特點,對于不均勻沉降和溫度應力都很敏感,一旦出現了裂縫就無法嚙合,當危及到安全時還要采取加固措施,既影響美觀又影響使用,有的即使進行了加固也不能恢復其本來面貌,因此對磚砌體的裂縫問題,應著眼于預防,把癥害消除在發生之前。根據以上分析,提出以下幾點預防措施:①為增強外縱墻及內縱墻的抗剪及抗拉能力,控制裂縫出現,外縱墻厚度宜采取370mm,內縱墻厚度宜采取240mm,增加墻的厚度后,圈梁和構造柱仍占一磚墻厚,使圈梁和構造柱不暴露在大氣中,有利于控制溫度應力引起的墻體裂縫。②在現澆屋蓋部分及現澆挑檐,每隔15米左右設后澆縫一道,縫寬600～800mm,縫內混凝土斷開,鋼筋不斷,待主體結構完成需做保溫層前,再灌注混凝土,混凝土強度提高一級,并加膨脹劑。磚混結構頂層墻體裂縫早已引起人們關注,實踐證明,采取和不采取預防措施截然不同,一般采取措施后不再出現裂縫,而且預防裂縫方法簡單,施工方便,增加工程造價不多,效果顯著。

3 加固處理方法

采取砌體灰縫中嵌筋法:將裂縫墻體灰縫剔除,用空壓機吹掃干凈灰縫,用結構膠將φ6鋼筋嵌入灰縫中,外抹水泥砂漿保護層,可有效抑制墻體裂縫達2倍以上強度。此方法施工簡單且有效提高了磚砌體抗裂縫能力。砌體墻外貼鋼筋網片,噴射細石混凝土,增加磚砌體整體剛度,抑制裂縫發展,但此方法施工工藝復雜,施工作業面大,施工周期長。綜上所述,施工中應采取多種方法結合的措施減少溫度縫的產生,產生裂縫后可根據現場情況進行加固補強。

結束語

由于砌體的抗拉、抗剪強度較小,出現裂縫的原因很多,在很大程度上只能預防。通過對受力裂縫、溫度裂縫、地基不均勻沉降裂縫的分析,加強控制措施,對具體工程,應該具體分析,結合實際,采用不同的控制方法,來達到較好的效果。一旦出現裂縫,注意觀察,必要時采取灌漿或加固措施以防止裂縫的開展。