砌體結構溫度裂縫的解析及措施

王萍

摘要：根據出現的溫度裂縫形態，分析了裂縫的成因，通過工程實例溫度應力的計算，提出控制裂縫的方法，并提出裂縫處理措施。

關鍵詞：砌體結構 溫度 裂縫

由磚、石或各種砌塊等塊材通過砂漿鋪縫砌筑而成的結構稱為砌體結構，砌體結構在住宅建筑中普遍存在，出現的質量事故也較多，其中砌體出現裂縫是較常見的質量事故之一，裂縫不僅影響建筑物美觀，粉刷脫落，墻體風化，且易造成房屋滲漏，降低建筑物的結構強度、剛度、穩定性和耐久性，更會給購買者造成較大的心理壓力和負擔，直接影響房屋銷售，或者引發住戶信訪申訴，所以對裂縫的預防和控制不得不重視。

墻體出現的裂縫，一般可分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類。在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、地基下沉不均等引起的裂縫為非受力裂縫。不同建筑材料隨溫度變化而會產生不同的熱脹冷縮。溫度裂縫是造成墻體早期裂縫的主要原因，也是最易產生、最難消除的裂縫之一。

1、 溫度裂縫的形態

砌體結構溫度裂縫最易出現在內外縱墻和根墻、窗臺、屋面板下、外墻陽角和女兒墻等部位，裂縫形狀有“八”字形裂縫、水平裂縫、斜裂縫、包角裂縫等，最常見的出現在混凝土平屋蓋的頂層兩端墻體和山墻上。這些裂縫有一定的規律性：一段時間后會逐漸穩定，不繼續發展，裂縫的寬度隨著溫度變化而略有變化，呈“三多三少”：兩端山墻多中部少，南面多北面少，頂層多下層少。

2、 溫度裂縫的成因

磚砌體的線膨脹系數為5*10-6，而混凝土為10*10-6.當外界溫度變化時，兩種材料在結合部位因線膨脹系數不同，且墻、板、圈梁和構造柱受內外溫差作用，混凝土屋面變形比磚墻大，二者之間產生約束應力，使屋蓋受壓，頂層墻體因屋面板的推力作用受拉受剪。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。在晝夜溫差越大的地區，這種溫度裂縫更易出現，所以北方地區或山區此現象更突出。

此時，拉應力和剪應力的分布情況大體是：房屋平面中間為零，兩端最大，這就是為什么大多數在山墻部位出現“八”字形裂縫的原因，屋面保溫隔熱層越薄、材質越差，屋面板和墻體的相對位移越大，裂縫越明顯。

3、 溫度應力的計算

由于熱脹冷縮，在砌體內產生的最大剪應力發生在房屋的端部，墻體端部最大剪應力：

τmax= Cx*α T*th（β*L/2）

β （1-1）

其中：αT =α2T2-α1T1，混凝土頂板和墻體自由變形差

β=Cx*t/（b*h*Es） （2-2）

τ---墻體頂端水平應力

Cx----水平阻力系數，混凝土板與墻體取0.3～0.6N/mm3

α1、α2----墻體、混凝土板線膨脹系數，磚砌體5*10-6，混凝土10*10-6.

T1、T2----墻、頂板溫度

t----墻體厚度，mm

b----墻體承擔的樓板寬度，mm

h----混凝土板厚度，mm

Es----混凝土的彈性模量，MPa

L----混凝土板長度，mm

式（1-1）中τmax為彈性剪應力，考慮升溫較快，取應力松弛系數H（t）=0.7～0.8，則砌體的徐變剪應力為：τ*max=τmax * H（t）

對于頂層墻體，墻體的壓應力較小，墻體的剪應力近似等于主拉應力。

計算簡圖如下：

板與頂層墻體相互約束簡圖

4、 溫度裂縫計算實例

某六層住宅樓工程外墻開裂較多，西邊山墻開口最大達4mm，經調查，屋面為現澆板H=100mm，磚墻厚24cm，M2.5，MU2.5混合砂漿砌筑，建筑物全長L=45.6米，屋面板截面最高平均溫度48℃，磚砌體外墻最高平均溫度為31℃。則溫差引起的磚墻剪應力為：

先求：β=Cx*t/（b*h*Es）

=0.3*240/（2100*100*2.6*10000）

=1.148*10-4

則：τmax=CxαT *th（β*L/2） /β

=[0.3*（10*10-6*48-5*10-6*31）]*th（1.148*10-4*45.6*103/2） 1.148*10-4

=0.8493*0.9894

=0.84MPa

砌體的徐變剪應力τ*max=τmax *H（t）=0.84*0.7=0.588 MPa

而MU5、M2.5的砌體抗剪強度fv=0.1 MPa<τ*max=0.588 MPa，墻體因而出現溫度裂縫。

5、 溫度裂縫的控制措施

（1） 根據式（1-1）可知，墻體剪應力與溫差成正比，規范因此而規定屋面要求設立保溫隔熱層，常用方法為爐渣保溫加隔熱板。但設立坡屋頂可以一舉三得，既可以減少溫差降低溫度裂縫出現，又可以美化小區環境，并從建筑功能考慮，充分利用坡頂層，提高面積利用率，降低開發成本。

（2） 根據式（1-1）可知，墻體剪應力與Cx 成正比。因此可通過在鋼筋混凝土屋面板與墻體圈梁的接觸面設置水平滑動層來減少頂板與墻體的約束作用，滑動層可采用兩層油氈夾滑石粉或橡膠片等。

（3） 根據式（1-1）可知，剪應力和建筑物的長度呈非線性關系，增加長度，剪應力隨之增加。解決辦法是沿房屋一定長度設置沉降縫，結構設計規范對此有明確規定。

（4） 按照規范有關要求設置構造柱、圈梁、分隔縫、拉結筋，按照施工規范要求選好材料、定好尺寸、算好時間、設好工序。

（5） 其他措施：頂層墻體增加保溫抹灰層并設鋼絲網片，門洞口周邊設小構造柱、過梁并與主體結構可靠連接，平屋面保溫層優先選用阻燃隔熱XPS擠塑板等。

6、 溫度裂縫的整治

沿裂縫兩邊各30cm左右劃平行線，用切割機沿畫線切縫，然后鑿除面層及砂漿，露出底層，澆濕墻體，先刷一遍含有機硅的水泥漿，隨刷隨用聚合物水泥砂漿或纖維砂漿、膨脹劑減水劑砂漿打底，掛鋼絲直徑不小于1.2mm的網片，待底層七成干后抹面層水泥砂漿，澆水養護抹灰層一周，再補面層。如面層為外墻涂料，則刮膩子之前，沿施工縫勾小凹槽，小凹槽用與膩子顏色相近的耐侯膠封堵，然后再用膩子刮平，最后涂刷面層。上述住宅樓按此方法修補后，效果良好，未再出現大的裂縫。

參考文獻：

1、 王振波、張衛東、楊春河：南京工業大學學報，第27卷第5期，2005年9月

2、 中國建筑工業出版社，《砌體結構設計規范》GB5003—2011，