墙体裂缝分析

关键词:裂缝;分析;沉降;温度应力;措施

1 概述

1.1 建筑物裂缝产生的危害性

建筑物的裂缝,特别是砖混结构住宅楼的现浇板裂缝、墙体裂缝、多层现浇框架填充墙裂缝,属于当前建筑物多发性、普遍性的质量顽症。许多混凝土结构、砌体结构等建筑物在建设和使用的过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。它不仅影响建筑物的美观和使用功能要求,还会破坏建筑的整体性,影响结构安全,甚至会降低结构的耐久性。

建筑工程的质量直接关系到人民生命财产安全、人身健康和公众利益等诸多方面,在关于商品房的质量投诉案件中,由于墙体裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司越来越多。因此分析建筑物裂缝产生的原因,并制定相应的防治措施,减少和防止裂缝的发生,已成为国家行政主管部门、房屋开发商及业主共同关注的课题。根据近几年对市民投诉的统计资料来看,与建筑物裂缝有关的占90%以上。因此,无论是从经济角度、观感角度及正常使用角度来说,建筑物的裂缝问题均是一个需要迫切解决的问题。

1.2 裂缝产生的主要原因

建筑物在实际使用过程中承受两大类荷载,有各种外荷载和非荷载作用(温度、收缩、不均匀沉降等),统称广义荷载。其中静荷载、动荷载和其它荷载,称为第一类荷载;而非荷载作用,称为第二类荷载。宏观上讲,裂缝的主要成因不外乎以下三种:

外荷载(如静、动荷载)作用产生的直接应力,即按常规计算的主要应力引起的裂缝;外荷载作用下结构次应力引起的裂缝;由非荷载作用引起的裂缝(又称之为第二类“荷载”。如:结构由温度、收缩、膨胀及不均匀沉降等因素引起的裂缝。

根据国内外的调查资料,工程实践中建筑物的裂缝原因,属于由非荷载作用(温度、收缩、不均匀沉降)引起的约占80%以上;属于由荷载引起的约占20%左右。前述80%的裂缝也包括变形变化与荷载共同作用,但以变形变化为主引起的裂缝;在20%的裂缝中也包括变形变化与荷载共同作用,但以荷载为主所引起的裂缝。

1.3 建筑工程中常见裂缝的分类

按照不同的分类标准,裂缝可以有很多的分类方法,一般有:

按照裂缝生成原因分为:受力裂缝和非受力裂缝两大类。如:在各类直接荷载作用下,砌体产生的裂缝为受力裂缝;而因收缩、温度及湿度变化,地基不均匀沉降等引起的裂缝为非受力裂缝,又称变形裂缝;按照裂缝的危害性分为:有害裂缝和无害裂缝;按照材料、构件分类:砖砌体裂缝、砌块墙体裂缝及混凝土结构裂缝。

2 墙体裂缝分析

在混合结构中墙体裂缝是常见的质量问题,引起裂缝的原因有地基不均匀沉降、温度应力、地震力、膨胀力、冻胀力、荷载和施工质量等。现就地基不均匀沉降、温度应力和施工因素引起墙体裂缝特征分析如下:

2.1 地基不均匀沉降引起墙体裂缝分析

原因分析。房屋的全部荷载最终通过基础传给地基,而地基在荷载作用下,其应力是随深度而扩散,深度大,扩散愈大,应力愈小;在同一深处,也总是中间最大,向两端逐渐减小。也正是由于土壤这种应力的扩散作用,即使地基地层非常均匀,房屋地基应力分布仍然是不均匀的,从而使房屋地基产生不均匀沉降,即房屋中部沉降多,两端沉降少,形成微向下凹的盆状曲面的沉降分布。在地质较好、较均匀,且房屋的长高比不大的情况下,房屋地基不均匀沉降的差值是比较小的,一般对房屋的安全使用不会产生多大的影响。

a)斜裂缝主要是由于地基不均匀下沉,使墙体承受较大的剪切力,当结构刚度较差、施工质量和材料强度不能满足要求时,导致墙体开裂。

b)窗间墙水平裂缝是因沉降单元上部受到阻力,使窗间墙受到较大的水平剪力,而发生上下位置的水平裂缝。

c)底层窗台下竖向裂缝是由于窗间墙承受荷载后,窗台墙起反梁作用,特别是大窗或受较大集中荷载窗间墙、窗台墙因反向变形过大而开裂。

2.2 预防措施

加强地质勘探工作。工程建设前期,必须严格按照地勘规范进行地质勘探,以作为基础设计的依据。对复杂地基,在挖槽后应进行普遍钎探,发现软弱部位应采取有效措施妥善处理后,方可进行基础施工,以确保基础结构的安全性。

精心设计。

a)合理进行结构布置。控制软土地基上房屋的长高比,长度与高度之比L/H不宜大于2.5;平面形状力求简单,体形较复杂时宜用沉降缝将其划分为几个平面形状规则且刚度较好的单元;合理布置承重墙体,应尽量将纵墙拉通,并隔一定距离(不大于房屋宽度的1.5倍)设置一道横墙且与纵墙可靠连接。

b)加强上部结构刚度,提高墙体抗剪强度。应在基础顶面处及各楼层门窗口上部设圈梁,圈梁具有增强纵、横墙连接、提高墙柱稳定性、增强房屋的空间刚度和整体性、调整房屋不均匀沉降的显著作用。

c)合理设置沉降缝。沉降缝一般设置于地基土压缩性能有显著差异处、房屋高度或荷载差异较大的交接处,凡高差悬殊、长度过大、平面复杂、不同地基、分期施工的建筑物,都应根据不同条件设置沉降缝,沉降缝应自屋顶到基础把房屋完全分开,形成若干长高比小、体形规则、整体刚度较好的独立沉降单元,且要有足够的宽度使其各自沉降。

d)合理选用建筑材料。砌筑墙体的材料必须符合国家标准,其强度必须符合设计要求。

2.3 治理方法

一般性裂缝,如若干年后不发展,则可以认为不影响结构安全使用,可采用填缝修补或灌浆修补。

对于影响安全使用的裂缝,应进行加固处理。因墙体强度不够而发生的裂缝,墙面可敷贴钢筋网片,网片用中Ф6@100-300双向或中Ф4@100-200双向钢筋网,并配置穿墙拉筋加以固定,然后灌细石混凝土或分层抹水泥砂浆加固。

加强上部结构刚度,可采用钢筋、型钢拉杆或在墙体上增设钢筋混凝土圈梁,圈梁用强度等级为C15-C20的混凝土,截面不小于120×180,配筋可采用纵向Ф4@10-14箍筋Ф6@200-250,每隔1.5-2m应有牛腿(或螺栓、锚固件等)伸进墙体与墙体拉结好。

3 混凝土的温度裂缝

混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂缝较为普遍,尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有出现。究其原因,我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。

在大体积混凝土中,温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,影响到结构的整体性和耐久性。其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。

3.1 裂缝的原因

混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝上的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。

3.2 温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下:

采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施;

3.3 改善约束条件的措施是:合理地分缝分块;避免基础过大起伏;合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。