淺析砌體結(jié)構(gòu)裂縫原因及防治措施

淺析砌體結(jié)構(gòu)裂縫原因及防治措施摘要:砌體結(jié)構(gòu)開裂是非常普遍存在的技術(shù)問題,由于導(dǎo)致裂縫因素的多元性和不定性,裂縫問題一直受到人們的關(guān)注。本文通過對砌體結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)的裂縫進行歸類分析其成因,并根據(jù)裂縫的特征及發(fā)展提出控制措施。

關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu);變形裂縫;裂縫原因;措施

在各種直接荷載作用下,墻體產(chǎn)生的裂縫稱為受力裂縫;而砌體因溫度、收縮、變形或地基不均勻沉降等引起的裂縫是非受力裂縫,又稱變形裂縫。變形裂縫占砌體房屋裂縫中的80%以上,其中因地基不均勻沉降而引起的裂縫更為突出和引人關(guān)注。相對于受力裂縫,變形裂縫的產(chǎn)生機理和影響因素復(fù)雜得多,本文主要分析砌體結(jié)構(gòu)由地基不均勻沉降和溫度引起的變形裂縫。

一、地基不均勻沉降引起的裂縫

在軟土、填土、暗渠、沉陷區(qū)以及各種不均勻地基上建造結(jié)構(gòu)物,雖然比較均勻,但是荷載差別過大或結(jié)構(gòu)物剛度差別懸殊時,地基不均勻沉降均能引起裂縫。

1.1地基不均勻沉降裂縫

地基不均勻沉降裂縫的形態(tài)是多種多樣的。裂縫主要分為剪切裂縫和彎曲裂縫。地基不均勻沉降裂縫常見的有正八字裂縫和斜向裂縫。沉降裂縫多出現(xiàn)在房屋中下部且發(fā)生于房屋中下部的裂縫較上部寬度大。

1.2地基不均勻沉降裂縫的產(chǎn)生機理

(1)墻體中下部區(qū)域的斜向裂縫

一般情況下,地基受到上部結(jié)構(gòu)傳遞的壓力,引起地基的沉降變形呈凹形,常稱為“盆形沉降曲面”,這是由于中部壓力相互影響高于邊緣處相互影響,以及邊緣處非受荷載區(qū)地基對受荷載區(qū)下沉有剪切阻力等共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致地基反力在邊緣區(qū)較高。

(2)墻體端部區(qū)域斜向裂縫

當(dāng)?shù)鼗胁坑谢靥钌?、?或中部地基堅硬而端部軟弱,或由于荷載相差懸殊,建筑物端部沉降大于中部時,會形成負(fù)彎矩。主拉應(yīng)力將引起墻體端部出現(xiàn)倒八字裂縫。局部的沉降不均不僅可以引起斜裂縫,還可能引起砌體的水平裂縫。

1.3影響地基沉降裂縫的因素

地基、基礎(chǔ)、建筑物構(gòu)成一個整體,共同工作。其內(nèi)力和變形形態(tài)與土的性質(zhì)、建筑物與地基的剛度、基礎(chǔ)與建筑物的尺寸、形狀、材料的彈塑性性質(zhì)、徐變等有關(guān)。

(1)建筑物與地基的相對剛度

首先,建筑物的長度和寬度越小,基礎(chǔ)的抗彎剛度越大,建筑物與地基的相對剛度就越大。這時在外荷載作用下,地基的反力向兩端集中,則中部彎矩較大,這就需要結(jié)構(gòu)具有足夠的強度,滿足結(jié)構(gòu)物最大彎矩的要求;其次,在較差的地基上,地基的變形模量較高,而基礎(chǔ)的抗彎剛度較小,結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸較長,則柔性指數(shù)相應(yīng)增大。

(2)徐變

建筑物的下沉、水平位移、溫度、濕度變化引起的變形,除了絕對值外,變形速率是一個重要因素。只要變形是緩慢的,則多數(shù)建筑物能經(jīng)受較大的變形而不破壞,其主要原因就是由于建筑材料一般都具有徐變特性,在變形過程中,其內(nèi)應(yīng)力會隨著變形速度的下降而降低。

(3)建筑物的形狀

平面形狀復(fù)雜的建筑物,如“I”、“T”、“L”、“E”字形等,在縱橫單元交叉處基礎(chǔ)密集,地基附加應(yīng)力重疊,使地基沉降量增大。同時,此類建筑物整體性差,剛度不對稱,在地基產(chǎn)生不均勻沉降時容易發(fā)生墻體開裂。

二、砌體房屋的溫度變形裂縫

2.1溫度裂縫的主要形態(tài)

最常見的溫度裂縫出現(xiàn)在混凝土平屋蓋房屋的頂層兩端墻體和山墻上。如在門窗洞邊的正“八”字斜裂縫、山墻上部的斜裂縫、平屋頂下或屋頂圈梁下沿磚(塊)灰縫的水平裂縫、以及水平包角裂縫(包括女兒墻)等,其中頂層兩端縱墻墻體門窗洞邊的正“八”字斜裂縫最為普遍。

2.2溫度裂縫產(chǎn)生機理

對于磚砌體結(jié)構(gòu),磚砌體的線膨脹系數(shù)5×10-6,是混凝土的一半。當(dāng)外界溫度升高時,混凝土屋蓋變形大,墻體變形相對較小,導(dǎo)致磚砌體和混凝土屋蓋之間產(chǎn)生約束應(yīng)力。使屋蓋受壓,墻體受拉、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,墻體就會產(chǎn)生溫度裂縫。

混凝土砌塊墻體的線膨脹系數(shù)與混凝土屋蓋相同。在夏季陽光照射下,兩者之間存在一定的溫差。屋面最高溫度可達(dá)40℃～50℃,而頂層外墻平均最高溫度約為30℃～35℃。屋面和頂層外墻存在10℃～15℃的溫差,兩者的溫差可能引起墻體開裂。在相同受力狀態(tài)下,混凝土砌塊抵抗拉力和剪力的能力要比磚砌體小很多,所以更容易開裂。對于頂層墻體,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。三、裂縫的處理

對于砌體裂縫的處理,從安全性方面考慮,對受力裂縫都應(yīng)采取措施進行處理。對非受力產(chǎn)生的縱橫墻連接處通長豎向裂縫、最大寬度大于5mm的墻身裂縫和寬度大于1.5mm的磚柱裂縫必須采取措施進行處理;從正常使用性方面考慮,對寬度大于1.5mm的墻身裂縫及出現(xiàn)裂縫的磚柱應(yīng)采取措施進行處理。

砌體裂縫是房屋結(jié)構(gòu)缺陷的最直接反映,部分應(yīng)采取加固措施進行處理。常用的砌體承載能力及穩(wěn)定性加固方法有扶壁柱法和鋼筋網(wǎng)水泥砂漿法,磚柱有截面增大法和外包角鋼法。

3.1扶壁柱法加固砌體

扶壁柱法分磚扶壁柱法和混凝土扶壁柱法兩種。磚扶壁柱法增設(shè)的扶壁柱與原砌體的連接可采用插筋法或挖鑲法實現(xiàn),以保證兩者共同工作。扶壁柱的間距及數(shù)量,由計算確定。

(1)對于磚扶壁柱法,考慮到后砌扶壁柱存在著應(yīng)力滯后,計算加固磚墻承載力時,應(yīng)對后砌扶壁柱的抗壓強度設(shè)計值乘以折減系數(shù)0.9予以降低,如下式:

N≤φ(fA+0.9f1A1)

式中:N——荷載設(shè)計值產(chǎn)生的軸向力;

φ——高厚比和軸向力偏心距對構(gòu)件承載力的影響系數(shù),可按《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2001)規(guī)定取用;

f、f1——原磚墻和新砌磚扶壁柱的抗壓強度設(shè)計值;

A、A1——原磚墻和新砌磚扶壁柱的截面面積。

(2)對于混凝土扶壁柱法,考慮到新澆筑混凝土扶壁柱與原砌體的受力狀態(tài)有關(guān),并存在著應(yīng)力滯后,計算加固磚墻承載力時,應(yīng)對新澆筑混凝土扶壁柱的承載力乘以強度折減系數(shù),軸心受壓組合磚砌體承載能力計算如下式:

N≤φcon[fA+α(fcAc+ηsfyAs)];

式中:N——荷載設(shè)計值產(chǎn)生的軸向力;

φcon——組合磚砌體構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù),按《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2001)規(guī)定取用;

f——原磚墻抗壓強度設(shè)計值;

A——原磚墻的截面面積;

α——新澆筑混凝土扶壁柱的材料強度折減系數(shù),若加固時原砌體完好取0.95,若原砌體有荷載裂縫或破損現(xiàn)象取0.9;

fc——扶壁柱新澆筑混凝土面層的軸心抗壓強度設(shè)計值;

Ac——新澆筑混凝土扶壁柱面層的截面面積;

ηs——受壓鋼筋的強度系數(shù),厚度60mm以內(nèi)時取0.9,厚度大于60mm時取1.0;

fy、As——扶壁柱內(nèi)受壓鋼筋的抗壓強度設(shè)計值和截面面積。

3.2鋼筋網(wǎng)水泥砂漿法加固砌體

鋼筋水泥砂漿法加固砌體是指把需加固的砌體兩面敷設(shè)鋼筋網(wǎng)片后粉刷砂漿、噴射砂漿或細(xì)石混凝土的加固方法。本方法可較大提高砌體的承載力、抗側(cè)移剛度及砌體的延性。其承載能力計算同軸心受壓組合磚砌體。

3.3裂縫的修補

對于《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定可不進行加固處理的裂縫,只需進行裂縫的修補。在裂縫修補前,應(yīng)先明確裂縫原因和觀察裂縫是否穩(wěn)定,對非受力且已穩(wěn)定的裂縫可選用以下修補方法。

(1)填縫修補

填縫修補法有水泥砂漿和配筋水泥砂漿填縫兩種。水泥砂漿修補是采用1∶3水泥砂漿或摻有107膠的聚合水泥砂漿填入磚縫內(nèi)的修補方法;配筋水泥砂漿填縫是指砌體每隔4～5皮磚在磚縫內(nèi)嵌入細(xì)鋼筋再用水泥砂漿修補的方法。填縫修補通常用于墻體外觀維修和裂縫較淺的砌體。

(2)灌漿修補

由于水泥漿液對墻體的粘結(jié)能力非常強,用該方法可使砌體恢復(fù)如初。漿液分純水泥漿液和混合水泥漿液兩種,純水泥漿液是