屋面溫差和寬度對砌體屋頂墻體溫度裂縫研究

高雪梅

0 引言

裂縫分為微觀裂縫和宏觀裂縫，通常把小于0.05 mm的裂縫稱為微觀裂縫，不小于0.05 mm的裂縫稱為宏觀裂縫，在學(xué)術(shù)上屬于結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度理論范疇。砌體結(jié)構(gòu)裂縫在現(xiàn)實中是一個普遍的現(xiàn)象，所以對砌體結(jié)構(gòu)裂縫的研究具有現(xiàn)實意義。

1 砌體結(jié)構(gòu)溫度裂縫的介紹

據(jù)統(tǒng)計，砌體結(jié)構(gòu)裂縫的80%以上是由于溫度變化和材料收縮引起的。所以，砌體結(jié)構(gòu)溫度裂縫是一個相當(dāng)普遍的問題，它已成為影響房屋使用、美觀和耐久性的主要因素之一。砌體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫主要由以下兩個方面造成:

1)“內(nèi)約束應(yīng)力”產(chǎn)生裂縫，即:砌體結(jié)構(gòu)建筑物地面以上與地面以下部分、室內(nèi)與室外部分存在溫差，溫差造成墻體內(nèi)外變形不一致，如果墻體長期處于不協(xié)調(diào)的溫差變形就會開裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。2)“外約束應(yīng)力”產(chǎn)生裂縫，即:由于砌體結(jié)構(gòu)建筑物的鋼筋混凝土屋蓋、樓蓋和砌體材料的膨脹系數(shù)不同，在溫差的作用下，它們將產(chǎn)生不同的變形，墻體對屋蓋或樓板有一定的約束作用，必然會在樓蓋或屋蓋中引起壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，在墻體中產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，當(dāng)墻體中的主拉應(yīng)力或剪應(yīng)力大于砌體的抗拉或抗剪強(qiáng)度時，墻體將產(chǎn)生斜裂縫，或在墻體與圈梁的接觸面上產(chǎn)生水平裂縫，也就是所謂的溫度裂縫。

2 屋頂墻體溫度應(yīng)力的簡化計算

為使計算結(jié)果更符合實際情況、便于應(yīng)用，王鐵夢教授提出了剛性墻體法計算模型(見圖1)。其基本原理是假定墻體為半無限體、無限剛性地基，溫度應(yīng)力與結(jié)構(gòu)(墻體)平面尺寸無關(guān);屋面板為作用在地基上的彈性板，相對于墻體，屋面板與墻頂接觸面的剪應(yīng)力τ與水平變位值u成線性比例，即:

其中，Cx為比例系數(shù)(水平阻力系數(shù))，表示引起單位位移的剪應(yīng)力，N/mm2。

與彈性地基板類似，在屋面板中截取一微段，則可建立混凝土屋面板的平衡方程，再加上邊界條件，可得出鋼筋混凝土屋面板與磚墻接觸面上的剪應(yīng)力[3]:

3 頂板寬度和頂板的溫差對溫度應(yīng)力的影響

某磚混住宅板厚100 mm，混凝土采用C20，彈性模量為Ec=2.55×104N/mm2，線膨脹系數(shù) α1=1×10-5，墻體是磚砌體，墻240 mm厚，線膨脹系數(shù) α2=5×10-6，頂板與磚砌體的阻力系數(shù)Cx=0.8 N/mm2，L=33 000，磚砌體采用 Mu10，M5。

本文取 b=1 500 mm，2 000 mm ，2 500 mm ，3000 mm ，3 500 mm，4 000 mm，求在溫差為20℃時墻體頂端水平應(yīng)力，計算結(jié)果如圖2所示;取頂板溫差 5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，求b=3 000時墻體頂端水平應(yīng)力，計算結(jié)果如圖3所示。

從圖中可以看出，當(dāng)頂板寬度增加500 mm時，應(yīng)力增加17.1%，12.2%，8.7%，6%，可見墻體承擔(dān)的頂板寬度對溫度應(yīng)力的影響甚微;當(dāng)溫度增加 5℃時，應(yīng)力增加 100%，50%，33.3%，25%，20%，可見頂板的溫差對墻體影響特別大，所以應(yīng)從控制頂板溫差和其他一些措施來防治溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。

4 結(jié)語

由于墻體的溫度裂縫對砌體結(jié)構(gòu)的耐久性有重要的影響，在現(xiàn)實社會中，因墻體裂縫、滲漏等，涉及的糾紛或官司也越來越多，建筑物的裂縫已成為住戶評判建筑物安全的一個非常直觀、敏感和首要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)采取措施來控制砌體結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，如:

1)提高屋面保溫層的保溫隔熱性能，設(shè)計上必須按建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對屋面保溫進(jìn)行熱工計算，對保溫材料提出質(zhì)量密度、粒徑、導(dǎo)熱系數(shù)及含水率等技術(shù)指標(biāo)的要求。在施工上應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計施工規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行施工，確保屋面保溫層的質(zhì)量[5]。2)在屋面板和墻體間設(shè)置滑動層(瀝青油氈、滑石粉、白鐵皮等)，再把圈梁設(shè)于滑動層下，若能控制圈梁與屋面板之間的可能微動但不能產(chǎn)生較大的滑動(有鋼筋拉結(jié))，既解決了裂縫問題，又不降低抗剪能力。3)提高砌體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，加強(qiáng)墻體抗溫度應(yīng)力的能力，減少溫度裂縫的產(chǎn)生。砌體抵抗溫度應(yīng)力，主要取決于砌體的抗剪強(qiáng)度，施工質(zhì)量對砌體的抗剪強(qiáng)度有重要的影響，因此，嚴(yán)格按施工規(guī)范進(jìn)行施工是非常必要的，同時還建議砌體結(jié)構(gòu)頂層的砂漿強(qiáng)度等級不應(yīng)低于M5。

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