砌體結構屋頂墻體裂縫研究與對策

閆秀清

砌體結構在我國具有悠久的歷史，例如兩千多萬年前用“秦磚漢瓦”建造的世界上偉大的萬里長城;世界上最早的敞肩式拱橋——河北趙縣安濟橋等，至今還發揮著重要作用。如今由于投資節省、施工方便、就地取材、耐久性較好等優勢，砌體結構得到比較廣泛的應用。但砌體結構也具有抗拉與抗剪強度低等缺點，在建設和使用過程中出現不同程度、不同形式的裂縫，這是一個相當普遍的現象。在住宅商品化的今天，這是一個長期困擾著建筑工程技術人員的難題，因此對砌體結構裂縫的研究顯得尤為重要。

1 裂縫的分類及其產生的原因

1.1 裂縫的分類

裂縫的種類有很多種，其中最主要有兩類:第一類由荷載產生的裂縫，結構由于荷載的原因產生應力，當應力的大小超過材料的抗拉或抗壓強度時，就產生裂縫。第二類由非荷載產生的裂縫，結構由于各種原因產生變形，當變形得不到滿足(或受到約束)時產生應力，且應力與結構的剛度大小有關，當應力超過一定數值時引起裂縫。根據國內外的調查資料，工程實踐中建筑物的裂縫原因，屬于由非荷載作用(溫度、收縮、不均勻沉降)引起的約占80%以上;本文主要研究由于溫差作用下屋頂墻體產生的裂縫。

1.2 裂縫由溫差產生的原因

由于砌體結構屋頂的鋼筋混凝土和墻體磚的材料的線膨脹系數不同，同時屋面結構和墻體結構的剛度不同，屋頂在太陽的照射下和墻體的溫差很大，兩者不能同時變形。屋面板產生了較大的變形，而墻體對屋面板的變形有約束作用，從而使墻體和屋面板之間產生了內力。此時通過墻體和屋面板之間存在的摩擦力，使屋面板受壓，墻體的受力就較為復雜，一般來說頂層墻體上端伸長，使墻體對角一側受拉。當墻體內的主拉應力超過墻體的抗拉強度之后，就會引起墻體的“八”字裂縫，如圖1所示。

2 溫度裂縫的計算

2.1 最大剪應力的計算公式

圖2為屋頂墻體的計算簡圖，在溫度作用下，認為屋面板截面均勻受拉或均勻受壓;假定屋面板與墻體之間無相對滑動;忽略屋面板的剪切變形，將接觸面上的剪應力均勻分配在屋面板底;屋面板與墻體接觸面上的剪應力與水平變位成線性比例。由此根據文獻[1]得剪應力的計算公式為:

其中，τmax為鋼筋混凝土屋面板與墻體接觸面上的最大剪應力;Cx為水平阻力系數，即引起單位位移的剪應力;α為鋼筋混凝土板和磚砌體膨脹系數差;T為結構計算溫差。

2.2 工程應用實例

某磚混住宅由5個單元組成，板厚100 mm，混凝土采用C20，彈性模量為 Ec=2.55×104N/mm2，線膨脹系數 α1=1×10-5，墻體是磚砌體，墻厚240 mm，線膨脹系數α2=5×10-6，頂板與磚砌體的阻力系數 Cx=0.3 N/mm2，墻體承擔的板寬3 000 mm，磚砌體采用Mu10，M5，試算溫差為20℃時屋頂墻體是否產生裂縫。

上述計算為彈性的剪應力，考慮升溫比較快，取應力松弛系數 H(1)=0.7，則磚砌體的徐變剪應力:

所以墻體出現裂縫。

3 結語

砌體結構溫度裂縫產生機理較為復雜、影響因素較多，本文主要從溫差作用方面簡單介紹了屋頂墻體產生裂縫的機理，從以上的工程實例可以看出，砌體結構在一定的溫差作用下會產生裂縫，而且溫差在建筑使用的過程中有一定的積累作用，所以做好砌體結構的防裂措施尤為重要。

1)在屋頂增加保溫或隔熱層，從而降低頂板的溫差，根據資料證明，這種防裂措施能較大的改善溫度裂縫。2)在屋面與墻體之間設滑移層，減小屋面與墻體間的約束，以便減小墻體所受的剪應力。3)降低屋面的水平剛度，從而減小屋面在溫度作用下的水平位移，使砌體結構內力減小，降低了裂縫產生的可能性。

[1] 張順寶，沈 欣.磚混結構屋頂墻體裂縫計算分析[J].工程力學，2001(sup):174-178.

[2] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[3] GB 50003-2001，砌體結構設計規范[S].

[4] 安 宏.磚混結構住宅頂層墻體溫度裂縫的研究[J].建筑結構，2000(3):196-197.

[5] 徐洪勇.從一工程實例談磚混結構頂層墻體裂縫分析與防止措施[J].安徽建筑，1996(6):81.

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