砌體結(jié)構(gòu)溫度裂縫的解析及措施

王萍

摘要：根據(jù)出現(xiàn)的溫度裂縫形態(tài)，分析了裂縫的成因，通過工程實(shí)例溫度應(yīng)力的計(jì)算，提出控制裂縫的方法，并提出裂縫處理措施。

關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)稱為砌體結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)在住宅建筑中普遍存在，出現(xiàn)的質(zhì)量事故也較多，其中砌體出現(xiàn)裂縫是較常見的質(zhì)量事故之一，裂縫不僅影響建筑物美觀，粉刷脫落，墻體風(fēng)化，且易造成房屋滲漏，降低建筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，更會(huì)給購(gòu)買者造成較大的心理壓力和負(fù)擔(dān)，直接影響房屋銷售，或者引發(fā)住戶信訪申訴，所以對(duì)裂縫的預(yù)防和控制不得不重視。

墻體出現(xiàn)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(chǎn)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(huì)產(chǎn)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(chǎn)生、最難消除的裂縫之一。

1、 溫度裂縫的形態(tài)

砌體結(jié)構(gòu)溫度裂縫最易出現(xiàn)在內(nèi)外縱墻和根墻、窗臺(tái)、屋面板下、外墻陽(yáng)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(xiàn)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(guī)律性：一段時(shí)間后會(huì)逐漸穩(wěn)定，不繼續(xù)發(fā)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(shù)為5*10-6，而混凝土為10*10-6.當(dāng)外界溫度變化時(shí)，兩種材料在結(jié)合部位因線膨脹系數(shù)不同，且墻、板、圈梁和構(gòu)造柱受內(nèi)外溫差作用，混凝土屋面變形比磚墻大，二者之間產(chǎn)生約束應(yīng)力，使屋蓋受壓，頂層墻體因屋面板的推力作用受拉受剪。當(dāng)約束條件下溫度變形引起的溫度應(yīng)力足夠大時(shí)，墻體就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。在晝夜溫差越大的地區(qū)，這種溫度裂縫更易出現(xiàn)，所以北方地區(qū)或山區(qū)此現(xiàn)象更突出。

此時(shí)，拉應(yīng)力和剪應(yīng)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(shù)在山墻部位出現(xiàn)“八”字形裂縫的原因，屋面保溫隔熱層越薄、材質(zhì)越差，屋面板和墻體的相對(duì)位移越大，裂縫越明顯。

3、 溫度應(yīng)力的計(jì)算

由于熱脹冷縮，在砌體內(nèi)產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力發(fā)生在房屋的端部，墻體端部最大剪應(yīng)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(yīng)力

Cx----水平阻力系數(shù)，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(shù)，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(dān)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(zhǎng)度，mm

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

對(duì)于頂層墻體，墻體的壓應(yīng)力較小，墻體的剪應(yīng)力近似等于主拉應(yīng)力。

計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：

板與頂層墻體相互約束簡(jiǎn)圖

4、 溫度裂縫計(jì)算實(shí)例

某六層住宅樓工程外墻開裂較多，西邊山墻開口最大達(dá)4mm，經(jīng)調(diào)查，屋面為現(xiàn)澆板H=100mm，磚墻厚24cm，M2.5，MU2.5混合砂漿砌筑，建筑物全長(zhǎng)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(yīng)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(yīng)力τ*max=τmax *H（t）=0.84*0.7=0.588 MPa

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

5、 溫度裂縫的控制措施

（1） 根據(jù)式（1-1）可知，墻體剪應(yīng)力與溫差成正比，規(guī)范因此而規(guī)定屋面要求設(shè)立保溫隔熱層，常用方法為爐渣保溫加隔熱板。但設(shè)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(xiàn)，又可以美化小區(qū)環(huán)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(fā)成本。

（2） 根據(jù)式（1-1）可知，墻體剪應(yīng)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(shè)置水平滑動(dòng)層來減少頂板與墻體的約束作用，滑動(dòng)層可采用兩層油氈夾滑石粉或橡膠片等。

（3） 根據(jù)式（1-1）可知，剪應(yīng)力和建筑物的長(zhǎng)度呈非線性關(guān)系，增加長(zhǎng)度，剪應(yīng)力隨之增加。解決辦法是沿房屋一定長(zhǎng)度設(shè)置沉降縫，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)此有明確規(guī)定。

（4） 按照規(guī)范有關(guān)要求設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁、分隔縫、拉結(jié)筋，按照施工規(guī)范要求選好材料、定好尺寸、算好時(shí)間、設(shè)好工序。

（5） 其他措施：頂層墻體增加保溫抹灰層并設(shè)鋼絲網(wǎng)片，門洞口周邊設(shè)小構(gòu)造柱、過梁并與主體結(jié)構(gòu)可靠連接，平屋面保溫層優(yōu)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(jī)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(jī)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(wǎng)片，待底層七成干后抹面層水泥砂漿，澆水養(yǎng)護(hù)抹灰層一周，再補(bǔ)面層。如面層為外墻涂料，則刮膩?zhàn)又?，沿施工縫勾小凹槽，小凹槽用與膩?zhàn)宇伾嘟哪秃钅z封堵，然后再用膩?zhàn)庸纹?，最后涂刷面層。上述住宅樓按此方法修補(bǔ)后，效果良好，未再出現(xiàn)大的裂縫。

參考文獻(xiàn)：

1、 王振波、張衛(wèi)東、楊春河：南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，第27卷第5期，2005年9月

2、 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5003—2011，