北方砌體結(jié)構(gòu)房屋頂層墻體裂縫原因分析與治理對策探討

【摘要】文中針對北方砌體結(jié)構(gòu)住宅上層墻體出現(xiàn)的裂縫問題，通過分析兩個(gè)類似砌體結(jié)構(gòu)墻體出現(xiàn)裂縫的案例，探討裂縫產(chǎn)生的原因和可能的治理對策。通過對比裂縫特征、房屋周圍環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)由溫度引起的砌體變形是墻體裂縫產(chǎn)生的主要原因。在北方地區(qū)，屋面保溫效果變差和墻體反復(fù)凍融加劇了裂縫發(fā)展。最后，提出了“標(biāo)本兼治”裂縫治理措施，以解決裂縫產(chǎn)生的原因，降低裂縫的形成概率。該工程項(xiàng)目的研究成果可為類似砌體結(jié)構(gòu)墻體裂縫治理提供參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】砌體結(jié)構(gòu)；墻體裂縫；溫度變形；結(jié)構(gòu)凍害

【中圖分類號】TU312" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）01-0018-05

0 引言

裂縫是砌體結(jié)構(gòu)的主要病害之一[1]。砌體結(jié)構(gòu)裂縫按成因主要分為兩大類：結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫指的是承載力不足裂縫，多數(shù)砌體結(jié)構(gòu)經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)，后期如果未進(jìn)行拆改或增加荷載，一般不會(huì)出現(xiàn)承載力不足的裂縫[2]。非結(jié)構(gòu)裂縫包括地基不均勻沉降裂縫、溫度變形裂縫以及凍脹原因造成的裂縫等。地基不均勻沉降裂縫多發(fā)生在多層砌體結(jié)構(gòu)房屋，裂縫表現(xiàn)為底層較為嚴(yán)重，上部較輕。凍脹原因造成的裂縫多發(fā)生在單層砌體結(jié)構(gòu)房屋，其主要原因就是基礎(chǔ)埋深小于設(shè)計(jì)凍深[3]。溫度變形裂縫多發(fā)生在房屋的頂層，表現(xiàn)為女兒墻的包角裂縫、外墻中部的豎向裂縫，該類房屋一般較長，超過伸縮縫間距。屋蓋為現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋蓋時(shí)較易出現(xiàn)此類裂縫[4]。

作者在北方從事鑒定加固工作期間發(fā)現(xiàn)一批多層砌體結(jié)構(gòu)房屋，設(shè)計(jì)年代為20世紀(jì)八九十年代，屋蓋多為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板，房屋長度未超過砌體房屋伸縮縫的最大間距，女兒墻普遍未設(shè)置構(gòu)造柱和鋼筋混凝土壓頂，裂縫起始于女兒墻的包角裂縫和屋面板下的水平裂縫，后期裂縫逐漸變寬，嚴(yán)重者屋面圈梁以上的女兒墻有塌落風(fēng)險(xiǎn)。下面舉幾個(gè)實(shí)例簡要對該類房屋的裂縫成因進(jìn)行分析，并就該類裂縫的治理措施進(jìn)行探討。

1 北方砌體結(jié)構(gòu)房屋頂層墻體開裂案例

1.1 案例一：某二層宿舍（屋面圈梁兼做過梁）

該建筑物平面呈不規(guī)則的多邊形，建于20世紀(jì)80年代，房屋總長度為40m，總寬度為15.3m，建筑層數(shù)為地上2層，各層層高均為3.6m，女兒墻高度0.7m。外墻厚度490mm，內(nèi)墻厚度240mm，屬于內(nèi)廊式的多層砌體房屋，樓、屋面板為預(yù)制板，承重方案為縱橫墻共同承重 ：兩側(cè)房間為橫墻承重，中間走廊為縱墻承重。屋面形式為平屋面，屋面排水方式為有組織排水（雨落管），建筑如圖1所示，屋面結(jié)構(gòu)平面布置見圖2。

該建筑物圈梁設(shè)置情況如下：一層僅在外墻設(shè)有圈梁，二層在外墻上和一道內(nèi)縱墻上設(shè)有圈梁，且圈梁兼做過梁，未設(shè)置在屋面板下。

現(xiàn)場勘驗(yàn)屋面的排水狀況：屋面雨落管被落葉等雜物堵塞導(dǎo)致排水不暢，屋面有積水現(xiàn)象。

該建筑物在使用過程中發(fā)現(xiàn)女兒墻和頂層墻體開裂，而且裂縫逐年變寬，房屋滲漏現(xiàn)象也逐年加重。該建筑物頂層墻體裂縫位置（見圖3）與形狀（見圖4）主要特征如下：①裂縫主要集中二層圈梁上部的墻體上；②裂縫主要表現(xiàn)形式為女兒墻的包角斜裂縫、圈梁上部外墻的水平裂縫以及內(nèi)橫墻的斜裂縫；③從室外看，裂縫環(huán)繞女兒墻一周，墻體拐角處以包角斜裂縫為主，中部以圈梁上部外墻的水平裂縫為主；④女兒墻水平裂縫墻體內(nèi)側(cè)寬外側(cè)細(xì)，女兒墻斜裂縫以及內(nèi)橫墻斜裂縫上寬下細(xì)，從裂縫分布狀態(tài)判斷，女兒墻有外傾趨勢。具體見表1。

1.2 案例二 ：某二層辦公樓（屋面圈梁位于屋面板下）

該建筑物平面呈不規(guī)則的多邊形，建于2006年，房屋總長度為36.4m，總寬度為13.1m，建筑層數(shù)為地上2層，各層層高均為3.4m，女兒墻高度0.9m。外墻厚度490mm，內(nèi)墻厚度240mm，屬于內(nèi)廊式多層砌體房屋，樓屋面板為預(yù)制板，承重方案為縱橫墻共同承重：兩側(cè)房間為橫墻承重，中間走廊為縱墻承重。屋面形式為平屋面，屋面排水方式為單側(cè)有組織排水，建筑如圖5所示，屋面結(jié)構(gòu)平面布置見圖6。

該建筑物圈梁依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011―2001）布置，位置在屋面板下。

該建筑物在2010年時(shí)被發(fā)現(xiàn)預(yù)制板和外墻交接處開裂且有滲漏現(xiàn)象，重做防水的過程中恰逢暴雨，屋面嚴(yán)重積水。

該建筑物的裂縫位置如圖7所示，形狀如圖8所示，具有如下特征：①裂縫主要集中新建建筑頂層西側(cè)縱墻上；②裂縫表現(xiàn)形式為女兒墻的包角斜裂縫、預(yù)制板和外墻交接處的水平裂縫；③該裂縫主要出現(xiàn)在陰面未設(shè)雨落管一側(cè)；④預(yù)制板和外墻交接處的水平裂縫靠近中部最寬，最外側(cè)預(yù)制板板縫清晰可見，縱橫墻交接處可見細(xì)微豎向裂縫接近斜裂縫，從裂縫發(fā)展趨勢判斷，該辦公樓新建部分頂層西側(cè)縱墻有外傾趨勢。具體見表2。

3 裂縫原因分析

3.1 案例一和案例二比較

（1）裂縫特征：二者開裂部位一致，均在頂層；二者裂縫形式大致相似，分別為女兒墻包角裂縫、外墻圈梁上部水平裂縫以及縱橫墻交接處的豎向裂縫或斜裂縫。

（2）屋面整體性構(gòu)造措施特征：案例一外墻設(shè)有圈梁，圈梁位于窗洞頂部兼做過梁且內(nèi)橫墻未設(shè)置圈梁；案例二按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011―2001）在縱橫墻上設(shè)有圈梁，圈梁位于屋面板下[5]。案例一和案例二女兒墻均未設(shè)置構(gòu)造柱及鋼筋混凝土壓頂。

（3）房屋使用狀況：案例一屋面雨落口長期堵塞；案例二屋面防水施工過程中遇大暴雨來不及做防護(hù)，雨水滲漏至墻體內(nèi)。

（4）外墻保溫措施：案例一和案例二外墻均未做保溫。

3.2 墻體開裂過程分析（見圖9）

3.3 墻體開裂原因分析

案例一和案例二的開裂始于女兒墻包角裂縫和屋面板下部外墻的水平裂縫。女兒墻包角裂縫產(chǎn)生過程解釋如下：如圖10―圖11所示，在女兒墻開裂部位取單元體進(jìn)行應(yīng)力分析，冬季氣溫降低，房屋室內(nèi)外溫差高達(dá)50～60℃ ，屋面圈梁沿長度方向要收縮，磚墻阻止這種收縮，二者結(jié)合面上磚墻作用給屋面圈梁為拉力，屋面圈梁作用給磚墻的力為壓力，該單元體y平面上承受豎向壓應(yīng)力和逆時(shí)針方向的剪應(yīng)力，x平面只承受順時(shí)針方向的剪應(yīng)力，在砌體構(gòu)件中產(chǎn)生主拉應(yīng)力，當(dāng)主拉應(yīng)力大于磚砌體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)形成斜裂縫。外墻水平裂縫的產(chǎn)生也是圈梁和磚墻變形不一致的結(jié)果。案例一和案例二中女兒墻均未設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱和壓頂，整體性較差，對溫度變形作用的約束能力較弱。

墻體開裂以后，夏季一部分雨水會(huì)順著縫隙浸入屋面保溫層，保溫層失效會(huì)加劇溫度變形裂縫的開展；另一部分雨水會(huì)順著縫隙滲入墻體，墻體會(huì)處于潮濕狀態(tài)，北方地區(qū)冬季凍脹作用使外墻承受向外的張力，加劇裂縫的發(fā)展。如果不進(jìn)行治理，如此循環(huán)往復(fù)，不僅會(huì)影響房屋的耐久性，還會(huì)影響房屋的結(jié)構(gòu)安全。

4 裂縫治理措施分析

案例一和案例二始于溫度變形，反復(fù)凍脹加劇裂縫的發(fā)展。該種形式的裂縫歷來都是北方地區(qū)多層砌體結(jié)構(gòu)的“頑疾”，裂縫治理要堅(jiān)持“標(biāo)本兼治”。治標(biāo)就是加強(qiáng)女兒墻本身的約束，治本就是減少屋面溫度變形作用和改善屋面的防排水措施。

4.1 治標(biāo)措施

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003―2011）的要求，頂層屋面板下設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁，并沿內(nèi)外墻拉通，房屋兩端圈梁下墻體內(nèi)宜設(shè)置水平鋼筋[6]。女兒墻應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，構(gòu)造柱間距不宜大于4m，構(gòu)造柱應(yīng)伸至女兒墻頂并與現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓頂整澆在一起。

4.2 治本措施

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003―2011）的要求，屋面應(yīng)設(shè)置保溫、隔熱層；屋面保溫（隔熱）層或屋面剛性面層及砂漿找平層應(yīng)設(shè)置分隔縫，分隔縫間距不宜大于6.0m，其縫寬不小于30mm，并與女兒墻隔開。及時(shí)修繕屋面防水，及時(shí)清理屋面雨落口，防止雨水滲入墻體反復(fù)凍融加劇裂縫發(fā)展。

5 結(jié)論

通過兩個(gè)相類似的砌體結(jié)構(gòu)墻體裂縫案例，從裂縫特征、房屋所處環(huán)境、房屋結(jié)構(gòu)特征等方面進(jìn)行對比分析，得出如下結(jié)論：

（1）溫度變形是頂層墻體開裂的誘因，屋面保溫效果變差和墻體反復(fù)凍融加劇了裂縫發(fā)展。

（2）裂縫治理要堅(jiān)持“標(biāo)本兼治”，既要加強(qiáng)女兒墻本身的約束，又要減少屋面溫度變形作用和改善屋面的防排水措施。

本工程項(xiàng)目的研究成果可為相類似砌體結(jié)構(gòu)墻體裂縫治理提供參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[4] 中國工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).CECS 293：2011房屋裂縫檢

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[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50011―2001

建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，

2008.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50003―2011

砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版

社，2009.

[作者簡介]武占鑫（1987—），男，哈爾濱人，高級工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)、工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)、結(jié)構(gòu)健康診斷技術(shù)。