砌体结构裂缝成因及预防和处理措施

1第一章前言砌体结构房屋出现裂缝的现象较为普遍，裂缝程度轻重差别很大，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。随着住宅商品化的发展，房屋裂缝问题越来越引起人们的关注。裂缝宽度的控制标准问题1墙体裂缝允许宽度的含义包括裂缝对砌体的承载力和耐久性影响很小；人的感观的可接受程度。钢筋混凝土结构的裂缝宽度大于03MM时，通常在美学上难以接受，砌体结构也不例外。尽管砌体结构的安全的裂缝宽度可以更大些，但在住宅商品化的今天，砌体房屋的裂缝，不论是否为03MM，只要可见，已成为住户判别“房屋安全”的直观标准。根据资料了解，目前只有德国对砌体结构的裂缝宽度有明文规定对外墙或条件恶劣的墙体，裂缝宽度不大于02MM，其它部位裂缝宽度不大于03MM。其它发达国家对裂缝控制的要求较高，但未对砌体裂缝宽度规定标准。因此，如何面对砌体结构的裂缝，确实是一个比较突出和需要认真对待的课题，需要引起足够的重视。2鉴于裂缝成因的复杂性，按目前条件和砌体结构设计规范提供的措施，尚难完全避免墙体开裂，而是使裂缝的程度减轻或无明显裂缝，因此规范中采用了“防止或减轻”墙体开裂的措施的用语。裂缝的成因，依据国家标准民用建筑可靠性鉴定标准可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，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。2第2章地基不均匀沉降引起的裂缝在软土、填土、冲沟、古河道、暗渠、沉陷区以及各种不均匀地基上建造结构物，或者地基虽然比较均匀，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。21地基不均匀沉降裂缝的形态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。22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。这种沉降使建筑物形成中部沉降大、端部沉降小的弯曲，产生正弯距。结构中下部受拉，端部受剪，端部地基反力梯度加大，墙体内剪应力加大，形成主拉应力引起墙体开裂，裂缝呈正八字形。由于墙体中上部受压并形成“拱”作用，墙体裂缝越靠近地基和门窗洞口越严重，中下部开裂区的墙体因有自重下坠作用，易造成垂直方向拉应力，可形成水平裂缝。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3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。23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。这时基础结构接近于柔性板，此时地基的沉降与荷载的分布有关。地基承受荷载大的地方沉降和变形较大，基础承受的弯矩较小。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建物的形状平面形状复杂的建筑物，如“I”、“I，、“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。4第3章砌体房屋的温度变形裂缝31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。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。温度裂缝有明显的规律性两端严重，顶层严重，阳面严重。32温度裂缝产生机理对于砖砌体结构，砖砌体的线膨胀系数5106，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4050，而顶层外墙平均最高温度约为3035。屋面和顶层外墙存在1015的温差，两者的温差可能引起墙体开裂。另外，从材料上看，相同砂浆强度等级下混凝土砌块的抗拉、抗剪强度比砖砌体小了很多，沿齿缝截面弯拉强度仅为砖砌体的3035，沿通缝弯拉强度仅为砖砌体的4550，抗剪强度仅为砖砌体的5055。因此，在相同受力状态下，混凝土砌块抵抗拉力和5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。而墙体的剪应力与温差、水平阻力系数以及建筑物长度有关，墙体剪应力与温差成正比。因此，采取隔热措施以减少温差，可达到减小主拉应力的目的。墙体剪应力与水平阻力系数成正比，如水平阻力系数降低30，则剪应力降低16。因此，可通过在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层来减少顶板与墙体的约束作用。6第4章预防措施41防止由温度变化引起的砌体结构开裂措施为了防止或减轻混凝土屋盖和墙体间的温差变形和墙体变形引起的顶层墙体的开裂，可根据具体情况采取下列措施1根据砌体房屋墙体材料和建筑物类型、屋盖或楼盖类别选用合适的伸缩缝区段。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方；2屋面应设置有效的保温层或隔热层；3屋面保温层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于6M，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于30MM；4采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖或瓦材屋盖；5当现浇混凝土挑檐或坡屋顶的长度大于L2M时，宜沿纵向设置分隔缝或沿坡顶脊部设置分隔缝，缝宽不小于20MM，缝内用防水弹性材料嵌填；6在混凝土屋面板与墙体圈梁间设置滑动层。滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片，对较长的纵墙可只在两端的23个开间内设置，对横墙可只在其两端各14墙长范围内设置；7顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内适当配置水平钢筋；8顶层挑梁与圈梁拉通。当不能拉通时，在挑梁末端下墙体内设置3道焊接钢筋网片纵向钢筋不宜小于24，横筋间距不宜大于F200MM或26钢筋，其从挑梁末端伸人两边墙体不小于1000MM；F9顶层门窗洞口过梁上的水平灰缝内设置23道焊接钢筋网片7或26钢筋，并应伸人过梁两端墙内不小于6O0MM；F10顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M5顶层墙体内适当增设构造柱；11女儿墙应设构造柱，其间距不大于4M，构造柱应伸至女儿墙顶，并与现浇钢筋混凝土压顶浇在一起。42防止墙体材料的干缩引起的裂缝措施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；3严格控制以胶凝材料为原料的砌块的龄期，不足28D的不应进人施工现场；4正确掌握各种砌块使用时的含水率。轻集料混凝土空心砌块和蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌筑时的含水率分别控制为58和15、20以内。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I2D洒水稍作湿润。砌块含水深度以表层810MM为宜。43防止由地基沉降引起的裂缝措施1建筑物的体型力求简单；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、刚度大的基础形式等；85减小或调整基底的附加应力。改变基础地面尺寸，使不同荷载的基础沉降量接近。第5章抗裂措施效果评价上述所述的防止或减轻墙体开裂的主要措施，在基本原理上分别基于防裂概念的“防”、“放”、“抗”的原则。1“防”，即适当的屋面构造处理，减少屋盖与墙体的温差，减少屋盖与墙体的变形，效果最佳，通常采取下列措施A保证屋面保温层的性能，采用低含水或憎水保温材料，防止屋面渗漏，南方则加设屋面隔热及通风层。B外表浅色处理，外墙、屋盖刷白色，可使其内表面降温，隔热指标可显著提高。C严格控制块体材料的上墙含水率。2“放”，即采用适当措施，允许屋面或墙体在一定程度上自由收缩，如屋面设置伸缩缝、滑动层、墙体控制缝等，都能有效降低温度或干缩变形应力。3“抗”，即通过构造措施，如设置圈梁、构造柱、提高砌体强度，加强砌体的整体性和抗裂能力，以减少墙体变形，减少裂缝。是砌体房屋普遍采取的抗裂构造措施。这些措施效果如何，以及用何种方法对已开裂的墙体的修补最有效，下面是我国最近的研究成果，供大家参考提高砌体材料强度等级，不是最有效的防裂措施。构造柱加圈梁加强整体性，提高抗裂能力。关键部位和易裂部位，或已开裂部位采取下列措施有显著效果9A玻璃纤维砂浆能提高墙体的抗裂能力2倍。B玻璃丝网格布砂浆加芯柱可使墙片的抗裂能力提高3倍。C玻璃丝网格布砂浆抹面的砌块墙的初始荷载可提高1倍。D使用高弹性涂料也能有效的保护已开裂的墙体不受外界侵蚀。E使用石灰砂浆替代水泥混合砂浆，水泥混合砂浆因水泥上强度后易开裂，采用石灰砂浆可避免，从而防止墙面的开裂。10第6章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15MM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15MM的墙身裂缝及出现裂缝的砖柱应采取措施进行处理。危险房屋鉴定标准要求，对有沿受力方向缝宽大于2MM或有缝长超过层高13的多条竖向裂缝的砌体结构墙柱、因偏心受压产生缝宽大于05MM水平裂缝砌体结构墙柱、因局部受压产生的缝宽大于1MM或产生多条竖向裂缝墙体确定为危险点，应采取措施进行处理，这些都为受力裂缝，而对于非受力裂缝在砌体结构构件中并未列入。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。61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09予以降低，如下式11式中N荷载设J汁值产生的轴向力；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GB500032OO1规定取用；原砖墙和新砌砖扶壁柱的抗压强度设计值；1,F原砖墙和新砌砖扶壁柱的截面面积；A2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式中N荷载设计值产生的轴向力；组合砖砌体构件的稳定系数，按砌体结构设计规范CONJGB500032OO1规定取用；原砖墙抗压强度设计值；F原砖墙的截面面积；A新浇筑混凝土扶壁柱的材料强度折减系数，若加固时原A砌体完好取095，若原砌体有荷载裂缝或破损现象取09；扶壁柱新浇筑混凝土面层的轴心抗压强度设计CF值；新浇筑混凝土扶壁柱面层的截面面积；CA受压钢筋的强度系数，厚度60MM以内时取09，厚度大于SH60MM时取10；扶壁柱内受压钢筋的抗压强度设计值和截面面积。,YSF62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12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。63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13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45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灌浆修补灌浆修补是一种用压力设备把水泥浆液压入砌体裂缝内使裂缝粘合起来的修补方法。由于水泥浆液对墙体