浅析砌体结构裂缝原因及防治措施

浅析砌体结构裂缝原因及防治措施摘要:砌体结构开裂是非常普遍存在的技术问题,由于导致裂缝因素的多元性和不定性,裂缝问题一直受到人们的关注。本文通过对砌体结构经常出现的裂缝进行归类分析其成因,并根据裂缝的特征及发展提出控制措施。

关键词:砌体结构;变形裂缝;裂缝原因;措施

在各种直接荷载作用下,墙体产生的裂缝称为受力裂缝;而砌体因温度、收缩、变形或地基不均匀沉降等引起的裂缝是非受力裂缝,又称变形裂缝。变形裂缝占砌体房屋裂缝中的80%以上,其中因地基不均匀沉降而引起的裂缝更为突出和引人关注。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由地基不均匀沉降和温度引起的变形裂缝。

一、地基不均匀沉降引起的裂缝

在软土、填土、暗渠、沉陷区以及各种不均匀地基上建造结构物,虽然比较均匀,但是荷载差别过大或结构物刚度差别悬殊时,地基不均匀沉降均能引起裂缝。

1.1地基不均匀沉降裂缝

地基不均匀沉降裂缝的形态是多种多样的。裂缝主要分为剪切裂缝和弯曲裂缝。地基不均匀沉降裂缝常见的有正八字裂缝和斜向裂缝。沉降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。

1.2地基不均匀沉降裂缝的产生机理

(1)墙体中下部区域的斜向裂缝

一般情况下,地基受到上部结构传递的压力,引起地基的沉降变形呈凹形,常称为“盆形沉降曲面”,这是由于中部压力相互影响高于边缘处相互影响,以及边缘处非受荷载区地基对受荷载区下沉有剪切阻力等共同作用的结果,导致地基反力在边缘区较高。

(2)墙体端部区域斜向裂缝

当地基中部有回填砂、石,或中部地基坚硬而端部软弱,或由于荷载相差悬殊,建筑物端部沉降大于中部时,会形成负弯矩。主拉应力将引起墙体端部出现倒八字裂缝。局部的沉降不均不仅可以引起斜裂缝,还可能引起砌体的水平裂缝。

1.3影响地基沉降裂缝的因素

地基、基础、建筑物构成一个整体,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、徐变等有关。

(1)建筑物与地基的相对刚度

首先,建筑物的长度和宽度越小,基础的抗弯刚度越大,建筑物与地基的相对刚度就越大。这时在外荷载作用下,地基的反力向两端集中,则中部弯矩较大,这就需要结构具有足够的强度,满足结构物最大弯矩的要求;其次,在较差的地基上,地基的变形模量较高,而基础的抗弯刚度较小,结构物的几何尺寸较长,则柔性指数相应增大。

(2)徐变

建筑物的下沉、水平位移、温度、湿度变化引起的变形,除了绝对值外,变形速率是一个重要因素。只要变形是缓慢的,则多数建筑物能经受较大的变形而不破坏,其主要原因就是由于建筑材料一般都具有徐变特性,在变形过程中,其内应力会随着变形速度的下降而降低。

(3)建筑物的形状

平面形状复杂的建筑物,如“I”、“T”、“L”、“E”字形等,在纵横单元交叉处基础密集,地基附加应力重叠,使地基沉降量增大。同时,此类建筑物整体性差,刚度不对称,在地基产生不均匀沉降时容易发生墙体开裂。

二、砌体房屋的温度变形裂缝

2.1温度裂缝的主要形态

最常见的温度裂缝出现在混凝土平屋盖房屋的顶层两端墙体和山墙上。如在门窗洞边的正“八”字斜裂缝、山墙上部的斜裂缝、平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖(块)灰缝的水平裂缝、以及水平包角裂缝(包括女儿墙)等,其中顶层两端纵墙墙体门窗洞边的正“八”字斜裂缝最为普遍。

2.2温度裂缝产生机理

对于砖砌体结构,砖砌体的线膨胀系数5×10-6,是混凝土的一半。当外界温度升高时,混凝土屋盖变形大,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。使屋盖受压,墙体受拉、受剪。当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时,墙体就会产生温度裂缝。

混凝土砌块墙体的线膨胀系数与混凝土屋盖相同。在夏季阳光照射下,两者之间存在一定的温差。屋面最高温度可达40℃～50℃,而顶层外墙平均最高温度约为30℃～35℃。屋面和顶层外墙存在10℃～15℃的温差,两者的温差可能引起墙体开裂。在相同受力状态下,混凝土砌块抵抗拉力和剪力的能力要比砖砌体小很多,所以更容易开裂。对于顶层墙体,墙体的压应力较小,墙体的剪应力近似等于主拉应力。三、裂缝的处理

对于砌体裂缝的处理,从安全性方面考虑,对受力裂缝都应采取措施进行处理。对非受力产生的纵横墙连接处通长竖向裂缝、最大宽度大于5mm的墙身裂缝和宽度大于1.5mm的砖柱裂缝必须采取措施进行处理;从正常使用性方面考虑,对宽度大于1.5mm的墙身裂缝及出现裂缝的砖柱应采取措施进行处理。

砌体裂缝是房屋结构缺陷的最直接反映,部分应采取加固措施进行处理。常用的砌体承载能力及稳定性加固方法有扶壁柱法和钢筋网水泥砂浆法,砖柱有截面增大法和外包角钢法。

3.1扶壁柱法加固砌体

扶壁柱法分砖扶壁柱法和混凝土扶壁柱法两种。砖扶壁柱法增设的扶壁柱与原砌体的连接可采用插筋法或挖镶法实现,以保证两者共同工作。扶壁柱的间距及数量,由计算确定。

(1)对于砖扶壁柱法,考虑到后砌扶壁柱存在着应力滞后,计算加固砖墙承载力时,应对后砌扶壁柱的抗压强度设计值乘以折减系数0.9予以降低,如下式:

N≤φ(fA+0.9f1A1)

式中:N——荷载设计值产生的轴向力;

φ——高厚比和轴向力偏心距对构件承载力的影响系数,可按《砌体结构设计规范》(GB50003-2001)规定取用;

f、f1——原砖墙和新砌砖扶壁柱的抗压强度设计值;

A、A1——原砖墙和新砌砖扶壁柱的截面面积。

(2)对于混凝土扶壁柱法,考虑到新浇筑混凝土扶壁柱与原砌体的受力状态有关,并存在着应力滞后,计算加固砖墙承载力时,应对新浇筑混凝土扶壁柱的承载力乘以强度折减系数,轴心受压组合砖砌体承载能力计算如下式:

N≤φcon[fA+α(fcAc+ηsfyAs)];

式中:N——荷载设计值产生的轴向力;

φcon——组合砖砌体构件的稳定系数,按《砌体结构设计规范》(GB50003-2001)规定取用;

f——原砖墙抗压强度设计值;

A——原砖墙的截面面积;

α——新浇筑混凝土扶壁柱的材料强度折减系数,若加固时原砌体完好取0.95,若原砌体有荷载裂缝或破损现象取0.9;

fc——扶壁柱新浇筑混凝土面层的轴心抗压强度设计值;

Ac——新浇筑混凝土扶壁柱面层的截面面积;

ηs——受压钢筋的强度系数,厚度60mm以内时取0.9,厚度大于60mm时取1.0;

fy、As——扶壁柱内受压钢筋的抗压强度设计值和截面面积。

3.2钢筋网水泥砂浆法加固砌体

钢筋水泥砂浆法加固砌体是指把需加固的砌体两面敷设钢筋网片后粉刷砂浆、喷射砂浆或细石混凝土的加固方法。本方法可较大提高砌体的承载力、抗侧移刚度及砌体的延性。其承载能力计算同轴心受压组合砖砌体。

3.3裂缝的修补

对于《民用建筑可靠性鉴定标准》规定可不进行加固处理的裂缝,只需进行裂缝的修补。在裂缝修补前,应先明确裂缝原因和观察裂缝是否稳定,对非受力且已稳定的裂缝可选用以下修补方法。

(1)填缝修补

填缝修补法有水泥砂浆和配筋水泥砂浆填缝两种。水泥砂浆修补是采用1∶3水泥砂浆或掺有107胶的聚合水泥砂浆填入砖缝内的修补方法;配筋水泥砂浆填缝是指砌体每隔4～5皮砖在砖缝内嵌入细钢筋再用水泥砂浆修补的方法。填缝修补通常用于墙体外观维修和裂缝较浅的砌体。

(2)灌浆修补

由于水泥浆液对墙体的粘结能力非常强,用该方法可使砌体恢复如初。浆液分纯水泥浆液和混合水泥浆液两种,纯水泥浆液是