浅谈砌体结构变形裂缝的原因及控制

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目前，砌体结构房屋出现各种型式的裂缝，非常常见，其裂缝程度轻重不一，差别很大，轻则影响房屋正常使用和美观，严重的将形成结构安全隐患，甚至发生工程事故。通过分析，引起砌体结构裂缝的原因很多，有的是地基、温度、干缩，也有的是设计、施工、材料的原因。
    这里，将砌体结构裂缝分为受力裂缝和非受力裂缝两大类，在各种直接荷载作用下结构产生的裂缝称为受力裂缝，而砌体因收缩、温度、湿度变化、地基沉陷不均等引起的裂缝是非受力裂缝，又称变形裂缝。砌体房屋的裂缝中变形裂缝约占80％以上，其中温度裂缝更为突出。相对于受力裂缝，变形裂缝的产生机理和影响因素复杂得多，本文主要分析砌体结构的变形裂缝。
    一、裂缝的产生机理及主要形态：
    (一)温度裂缝：
    热胀冻缩，是各种物质的一个物理物征，各种建筑材料及其所形成的构件也不例外。在建筑中，各构件相互连接成一空间整体，混凝土和砌体之间的变形差异导致构件中产生温度应力，混凝土顶盖变形大，墙体变形相对较小，导致砖砌体和混凝土屋盖之间产生约束应力。当外界温度升高时，使屋盖受压，墙体受拉、受剪。当约束条件下作用于构件的温度应力足够大时，超过砌体的抗拉或抗剪强度时就产生了裂缝，这就是温度裂缝产生的直接原因。
    温度裂缝是造成墙体早期裂缝的主要原因，这些裂缝一般经过一个冬夏之后才逐渐稳定，不再继续发展，裂缝的宽度随着温度变化而略有变化。
    这类裂缝裂缝常在建筑物（特别是那些纵向较长的）混凝土平屋盖顶层两端内外纵墙上，门窗洞两边，以及砌体女儿墙根部。温度裂缝形态呈“八”字型或直线型，且显对称性，但有时又仅一端有。譬如混凝土平屋盖顶层两端内外纵墙上的“八”字缝。由于房屋两端为“自由端”，水平约束力较小；当屋面向两端热胀时，致使下部砌体出现正“八”字型缝，当冷缩时，就出现倒“八”字型缝。而在温度上升的时候由于混凝土的膨胀大于砌体，楼板的膨胀受砌体的约束，从而在女儿墙根部形成向外的剪应力；而气温下降时，对女儿墙根部形成向内的剪应力，周而服始，墙体根部水平裂缝就产生了。
    剪应力在墙体内的分布为两端附近较大、中间渐小、顶层大、下部小，所以温度裂缝也有明显的规律性，即两端重中间轻、顶层重往下轻、阳面重阴面轻。
    (二)干缩裂缝
    烧结粘土砖，包括其它材料的烧结制品，其干缩变形相对很小，但变形完成比较快。粘土砖随含水率的增加而膨胀，在含水率降低时砖不会收缩，即这种膨胀不会因为在大气温度中变干而收缩。砖中的含水量取决于原材料的种类和烧制温度范围，只要不使用新出窑的满足了龄期的砖，一般不考虑砌体本身的干缩变形引起的附加应力。当砖从窑中取出时尺寸最小，然后随着含水率的增加而膨胀，即在潮湿情况下会产生较大的湿胀，而且这种湿胀是不可逆的变形。对于砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等砌体，随着含水量的降低，材料会产生较大的干缩变形。轻骨料块体砌体的干缩变形更大。干缩变形的特征是早期发展比较快，当砌体暴露在潮湿的空气中它开始膨胀，在开始的几个星期内膨胀最大，膨胀会以很低的速率持续几年，以后逐步变慢，几年后材料才能停止干缩。但是干缩后的材料受湿后仍会发生膨胀，脱水后材料会再次发生干缩变形，但其干缩率有所减小。 　　
    收缩裂缝不是结构裂缝，但它们破坏了墙体外观。这类干缩变形引起的裂缝在建筑上分布广、数量多、裂缝的程度也比较严重。如房屋内外纵墙中间对称分布的倒八字裂缝；在建筑底部一至二层窗台边出现的斜裂缝或竖向裂缝；在屋顶圈梁下出现的水平缝和水平包角裂缝；在大片墙面上出现的底部重、上部较轻的竖向裂缝。收缩裂缝一般多出现在下部几层，有的砌块房屋山墙大墙面中间部位出现了由底层一直延伸至3、4层的竖向裂缝。另外不同材料和构件的差异变形也会导致墙体开裂。如楼板错层处或高低层连接处常出现的裂缝，框架填充墙或柱间墙因不同材料的差异变形出现的裂缝；空腔墙内外叶墙用不同材料或温度、湿度变化引起的墙体裂缝，这种情况一般外叶墙裂缝较内叶墙严重。此外，由于砌筑砂浆强度不高，灰缝不饱满，干缩引起的裂缝往往呈发丝状分散在灰缝缝隙中，清水墙时不易被发现，当有粉刷抹面时就显露出来。干缩引起的裂缝宽度不大，且裂缝宽度较均匀。
    (三)地基变形：
    房屋下面的地基承受整幢房屋的荷载而产生压缩变形，房屋随之沉降。当地基土层不一致或土层一致而上部荷载不均匀时，结构物刚度差别悬殊时，地基就产生不同的压缩变形而形成不均匀沉降，使房屋的墙体中产生弯曲和剪切引起的附加应力。当差异沉降较大时，墙体内产生的拉应力将超过砌体的抗拉强度，墙体中会出现裂缝。地基、基础、建筑物构成了一个整体、共同工作，其内力和变形形态与土的性质、建筑物与地基的刚度、基础与建筑物的尺寸形状、材料的弹塑性性质、徐变等影响因素有关。
    地基不均匀沉降裂缝的形态是多种多样的，有些裂缝随时间长期变化，裂缝宽度较宽，有时宽至数厘米。地基变形裂缝主要分为剪切裂缝和弯曲裂缝，常见的有八字裂缝和斜向裂缝，多出现在房屋中下部且发生于房屋中下部的裂缝较上部宽度大。
    二、裂缝的预防、控制措施：
    在目前的技术经济水平下，我们尚不能完全防止和杜绝由于钢筋混凝土屋盖的温度变形和砌体干缩变形引起的墙体局部裂缝。只能通过一些合理的构造措施，使砌体房屋墙体的裂缝的产生和发展达到可接受的程度。
    (一)防止主要由温度变化引起的砌体结构开裂，宜采取下列构造措施：
    1、屋盖上设置保温层或隔热层,减缓热胀冷缩动力源；
    2、在屋面水泥砂浆找平层或刚性防水层适当部位设置分仓缝（控制缝），控制缝的间距不大于30m；
    3、当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时，宜设置分隔缝，分隔缝的宽度不应小于20mm，缝内用弹性油膏嵌缝；
    4、建筑物温度伸缩缝的间距除应满足《砌体结构设计规范》BGJ3-88第5.3.2条的规定外，宜在建筑物墙体的适当部位设置控制缝，控制缝的间距不宜大于30m；
    5、女儿墙一定范围增加构造柱，分散温度应力；
    6、非地震地区,在房屋顶层宜设钢筋混凝土圈梁。若采用钢筋混凝土圈梁,圈梁不宜外露。若不设圈梁,可在屋盖四周檐口下的砌体内,配置适当转角钢筋。
    (二)防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝，可采用下列措施：
    1、选用干缩值低的墙材。控制砌筑时材料的含水量(先让材料干缩后砌墙)。采用低强度砂浆和长度小的砖块,可以避免砖块的断裂,并将细小裂缝均匀分散到各个垂直的灰缝隙中,避免变形和应力集中,累加出现大裂缝；
    2、面积较大的墙体采用在墙体内增设构造梁柱的构造措施。如墙体长度超过5ｍ,可在中间设置钢筋混凝土构造柱;当墙体高度超过3ｍ(120ｍｍ厚墙)或4ｍ(≥180ｍｍ厚墙)时,须在墙中腰处增设钢筋混凝土腰梁,或设置伸缩缝；
    3、正确掌握各种砌块使用时的含水率。砌体在生产储存期、运输、现场堆放等均要防止被水浸湿,雨季还应做好对砌块和砌体的遮盖。施工时,一般提前1～2ｄ洒水稍作湿润。砌块含水深度以表层8ｍｍ～10ｍｍ为宜；
    4、构造措施之一（设置控制缝）：
    (1)控制缝的设置位置：
    a.在墙的高度突然变化处设置竖向控制缝；
    b.在墙的厚度突然变化处设置竖向控制缝；
    c.在不大于离相交墙或转角墙允许接缝距离之半设置竖向控制缝；
    d.在门、窗洞口的一侧或两侧设置竖向控制缝；
    e.竖向控制缝，对3层以下的房屋，应沿房屋墙体的全高设置；对大于3层的房屋，可仅在建筑物1-2层和顶层墙体的上述位置设置；
    f.控制缝在楼、屋盖处可不贯通，但在该部位宜作成假缝，以控制可预料的裂缝；g.控制缝作成隐式，与墙体的灰缝相一致，控制缝的宽度不大于12mm，控制缝内应用弹性密封材料，如聚硫化物、聚氨脂或硅树脂等填缝。
    (2)控制缝的间距：
    a.对有规则洞口外墙不大于6mm；
    b.对无洞墙体不大于8m及墙高的3倍；
    c.在转角部位，控制缝至墙转角的距离不大于4.5m；
    5、构造措施之二（设置灰缝钢筋）：
    (1)在墙洞口上、下的第一道和第二道灰缝，钢筋伸入洞口每侧长度不应小于600mm；
    (2)在楼盖标高以上，屋盖标高以下的第二或第三道灰缝，和靠近墙顶的部位；
    (3)灰缝钢筋的间距不大于600mm；
    (4)灰缝钢筋距楼、屋盖混凝土圈梁或配筋带的距离不小于600mm；
    (5)灰缝钢筋宜采用小螺纹钢筋焊接网片，网片的纵向钢筋不小于25，横筋间距不宜大于200mm；
    (6)对均匀配筋时含钢率不少于0.05%，局部截面配筋，如底、顶层窗洞上下不小于38；
    (7)灰缝钢筋宜通长设置，当不便通长设置时，允许搭接，搭接长度不应小于300mm；
    (8)灰缝钢筋两端应锚入相交墙或转角墙中，锚固长度不应小于300mm；
    (9)灰缝钢筋应埋入砂浆中，灰缝钢筋砂浆保护层，上下不小于3mm，外侧小于15mm，灰缝钢筋宜进行防腐处理；
    (10)当利用灰缝钢筋作砌体抗剪钢筋时，其配筋量应按计算确定，其搭接和锚固长度尚不应小于75d和300mm；
    (11)不配筋的外叶墙应设控制缝，控制缝间距不宜大于6m；
    (12)设置灰缝钢筋的房屋的控制缝的间距不宜大于30m。
    6、构造措施之三（在建筑物墙体中设置配筋带）：
    (1)在楼盖处和屋盖处；
    (2)墙体的顶部；
    (3)窗台的下部；
    (4)配筋带的间距不应大于2400mm，也不宜小于800mm；
    (5)配筋带的钢筋，对190mm厚墙，不应小于2ф12，对250～300mm厚墙不应小于2ф16，当配筋带作为过梁时，其配筋应按计算确定；
    (6)配筋带钢筋宜通长设置，当不能通长设置时，允许搭接，搭接长度不应小于45d和600mm；
    (7)配筋带钢筋应弯入转角墙处锚固，锚固长度不应小于35d和400mm；
    (8)当配筋带仅用于控制墙体裂缝时，宜在控制缝处断开，当设计考虑需要通过控制缝时，宜在该处的配筋带表面作成虚缝，以控制可预料的裂缝位置；
    (9)对地震设防裂度≥7度的地区，配筋带的截面不应小于190mm×200mm，配筋不应小于410；
    (10)设置配筋带的房屋的控制缝的间距不宜大于30m。
    (三)防止主要由地基沉降引起的裂缝，应以预防为主，可采用下列措施：
    1、建筑物的平面、体型尽量简化、力求简单；
    2、合理设置沉降缝，在建筑物平面转折处、建筑高度荷载突变处、结构类型不同处以及地基土软硬交界处设置沉降缝；
    3、减轻结构自重；
    4、增强建筑物的刚度和强度，设置封闭圈梁和构造柱，特别是增强顶层和底层圈梁，合理布置纵横墙，采用整体性好、刚度大的基础形式，大跨度窗台采用钢筋混凝土窗台梁并根据规范要求在窗洞两侧增加构造柱等；
    5、减小或调整基底的附加应力，改变基础地面尺寸，尽量简化基础受力，采用单一基础类型，使不同荷载的基础沉降量接近；
    6、采用天然地基做持力层的，基槽清理一定要到位；
    7、钻孔混凝土搅拌桩在打桩钻孔时清孔要彻底，减少桩基础的沉降。
    (四)其它裂缝
    这些缝比如未可遇见的由于地震引起的裂缝；施工洞预留不当造成的洞边缝；施工过程中的通缝；砌体砂浆不饱满、砌体上墙不浇水等形成的缝隙等。
    1、设计时按抗震规范要求设计并适当提高砌体砂浆标号；
    2、施工时严格要求，施工人员需上岗前开碰头会进行技术交底并有上岗证；
    3、建筑材料需合格；
    4、严格按照验收规范进行施工和监督，特别在填充墙方面施工单位和监理单位有时会疏忽。
    三、小结
    综上所述，产生裂缝的原因很复杂，所以要预防为主，预防的主要措施是：
    1、设计时考虑周全，尽量排除动力源；
    2、施工图审查时，认真加仔细，对设计中不足提出补救措施；
    3、施工过程中严格按照国家验收规范和施工图要求施工；
    4、质量监督时严格按照国家验收规范和图纸把好材料和技术关，对施工中不符合要求的严令整改；
    5、根据建筑物的具体情况，如场地土及地震设防裂度、基础结构布置型式、建筑物平面、外形等，综合采用上述抗裂措施。
    总而言之，只要认真对待，墙体裂缝是可以预防的。