基于溫度效應的抗裂概念設計方法

鐘巧玲

（大朗鎮規劃建設辦公室，廣東 東莞 523770）

1 砌體結構整體有限元分析結論

對砌體結構溫度場的現場實測與仿真分析、整體有限元分析得出以下主要結論：

通過砌體結構的整體有限元分析得到，砌體結構的溫度作用主要作用在頂層或頂上二層的端開間，并確定這兩層的外縱墻、內橫墻為主要抗裂目標，其次為內縱墻和山墻。

通過有限元分析和試驗研究可知，門窗洞口對砌體結構的剛度和整體性的削弱作用十分明顯，在門窗洞口四角容易形成應力集中，從而導致墻體開裂。

經過砌體結構溫度場的現場實測與仿真分析以及溫度應力的有限元分析可知，采用“防”的構造措施(如屋面設置保溫層)對防止溫度裂縫的出現有很好的效果，保溫隔熱屋面能有效地降低溫度應力的計算溫差從而達到減少砌體結構的墻體變形和應力之目的。

通過整體有限元分析中可知，采用“放”的構造措施后(如在墻體容易出現裂縫的部位設置溫度伸縮縫和控制縫)，極為有效地減少了墻體的軸向位移和應力，可見溫度伸縮縫和控制縫對于墻體抗裂的重要性。

同時從整體有限元和墻體試驗結果可知，在墻體中薄弱部位采取“抗”的構造措施(如窗兩側、墻兩側，墻體交界處設置芯柱和構造柱)后，加強了墻體的整體性和抗水平作用的能力，從而增強了墻體的抗裂能力，但若只采用“抗”的構造措施來控制墻體的變形和應力，需采取很強的“抗”的構造措施，不符合經濟性要求。

從墻體試驗結果可知，通長窗臺圈梁對防止外縱墻八字縫、墻側構造柱對防止墻側水平縫、全截面的墻體圈梁對防止圈梁和墻體交界處的水平縫都有很好的作用。采取構造措施后的墻體，其抗裂強度和變形性能都有大幅度的提高。

2 砌體結構溫度裂縫控制的概念設計

根據有限元計算分析和試驗成果，掌握了砌體結構溫度裂縫的整體分布規律，了解了各種構造措施對墻體抗裂性能的影響以及采取構造措施后的整體抗裂效果，在此基礎上就可對砌體結構進行概念設計了。本文基于溫度效應的砌體結構抗裂概念設計，從材料、結構構造和施工等多方面綜合考慮，具體措施如下:

2.1 材料方面

(1)砂漿的強度直接關系到砌體結構墻體的抗裂強度，在以前的設計中砂漿的強度往往隨著建筑物高度的增加而減少，這是針對砌體結構的豎向承載力來設計的，但對于建筑物的抗裂來說，實際上是一個不利的概念。從整體有限元分析中可知溫度裂縫一般都集中在定層或頂上兩層，而且頂層和次頂層墻體垂直正應力較小，墻體抗剪強度相對比底部墻體低，所以頂層采用的砂漿強度應適當提高，從MU5.0提高到MU10。

(2)所用的砌體宜采用較高強度等級，保證墻體裂縫不貫穿砌體塊體。構造柱和圈梁以及窗臺梁的混凝土強度等級不應小于C20。

2.2 構造措施方面

(1)在總體設計中應注意建筑剛度的均勻性，加強整體剛度，對體型復雜的建筑物，應用伸縮縫將建筑物分成幾個剛度均勻的獨立單元。伸縮縫的位置，不僅要看建筑的長度，還要看體型、朝向及地區環境等因素;地基基礎設計中，應將地基的不均勻沉降進行核算，其地基容許變形值，應按地基規范的規定，從嚴掌握;結構計算時，除對砌體的承載能力進行核算外，尚應對可能產生的剪、拉附加應力做充分的估計，采取必要的措施。

(2)根據多層砌體結構墻體應力和變形分布規律，溫度裂縫的抗裂構造措施設計重點放在房屋頂層和次頂層，構造措施設計應采取“防”、“放”、“抗”綜合防治方法。

(3)對于砌體結構，在抗裂設計中必須采用保溫、隔熱屋蓋，增強屋蓋結構的熱阻，達到減少屋蓋與墻體之間溫差的目的，宜采用瓦屋面，瓦面材料不宜采用粘貼的暗色纖維瓦。

(4)若建筑物長度超過40m就應該在屋面設置不少于一道溫度伸縮縫，給墻體的變形設置一定的預留空間，從而達到抗裂目的。

(5)為了防止以往設計中墻體圈梁和墻體交界處的水平裂縫，在窗臺上方和門上方取消過梁，采用全截面圈梁。

(6)應增強房屋四角和樓梯間橫墻的剛度，在房屋四角兩側各增設兩個構造柱，在樓梯間四角設構造柱，適當加大樓梯間墻體外端的構造柱截面。

(7)縱墻抗裂措施

①為防止頂層和次頂層窗臺角的八字縫，在頂層和次頂層房屋兩端兩個開間設通長窗臺圈梁，在窗側設置構造柱。②在頂層和次頂層端部開間內縱墻和外縱墻的門側設構造柱。

(8)橫墻抗裂措施

橫墻在頂層常見裂縫為階梯縫，因縱墻窗臺下墻體剛度較窗間墻的剛度大，橫墻階梯縫一般在窗臺高度處沿45°方向首先出現，隨后向上下發展，為了防止該裂縫的產生，在頂層橫墻中部每隔兩皮設鋼筋3Фb4鋼筋網片并加密構造柱。

(9)山墻抗裂措施

山墻部分因日照強度大，常因溫度作用或收縮作用發生豎向裂縫，采用配置水平鋼筋網片或增加豎向構造柱來防治，若墻體較長，按2m間距增設構造柱。

(10)加強構造柱和墻體的連接，構造柱和墻體的連接部位按每皮設3Фb4鋼筋網片，伸入墻內1000mm,鋼筋網片加強了小截面窗間墻的抗剪能力和構造柱和橫墻的連接。

(11)應加強頂層圈梁的設置，對頂層的所有縱、橫墻均設置圈梁以提高墻體的整體性，并在施工上保證圈梁混凝土的質量，有助于提高磚墻的整體性，有效地防止裂縫發展。

(12)加強屋蓋挑檐的處理

屋蓋大挑檐處，圈梁、現澆屋面板共同組成剛度較大的現澆板，由于挑檐上的保溫層較薄，遇溫差變化，產生的溫度應力將導致墻體開裂，因此應盡量減少挑檐的挑出長度，減小斷面，同時設計時適當加強其縱向配筋對挑檐應采取一定的措施，如:控制水灰比和坍落度、實行兩次分段澆灌、采用后澆帶及加強養護等，以防止或減少收縮裂縫的出現。

(13)加強磚砌女兒墻的構造措施

磚砌女兒墻與圈梁間也是溫度裂縫的多發區，在女兒墻中應設鋼筋混凝土構造柱，在女兒墻頂設鋼筋混凝土壓頂，構造柱從頂層圈梁伸至女兒墻的壓頂，與女兒墻的壓頂形成連接整體，可增強其抵抗能力，有效避免裂縫的產生。一般構造柱的設置間距為3m左右且建筑物的角點必須設置。

(14)屋面的加強處理

為防止現澆屋面開裂，每隔15m左右設后澆溫度縫，縫寬600一800mm，縫內混凝土斷開，鋼筋不斷，待主體完成需做保溫層前，再灌注混凝土，混凝土等級提高一級，并加膨脹劑。

3 施工方面

嚴格控制原材料的質量；砂漿配比應結合現場材質情況，由有資質的專業實驗室確定，并根據現場材質的變化及時調整;在滿足砂漿和易性的前提下，控制好砂漿的強度；加強施工管理，提高砌筑質量。要保證灰縫砂漿的飽滿度和厚度，控制磚的含水率，嚴禁干磚砌筑或施工中磚澆水過多，采用一順一丁、梅花丁或三順一丁等控制性較好的砌筑方法。保證磚的搭接長度，嚴格控制半磚數量，對墻角和縱橫墻交接處，盡量作到同步澆注，減小留搓部位，以利于房屋的整體性；屋面保溫層的施工，要保證松散保溫材料的質量，控制保溫層的厚度；盡量選擇適當的施工溫度，特別是屋面混凝土工程的施工溫度，以減少季節差。盡量避免在炎熱的夏季和寒冷的冬季施工，要加強混凝土工程的養護和保溫措施；加強施工隊伍的管理，提高施工隊伍的素質和責任心，把施工過程中造成砌體開裂的人為因素降至最低。