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摘要：近年来，砖混结构多层住宅工程屡屡发生墙体裂缝，给住户心理造成很大压力。因此分析产生裂缝的原因并做好预防措施，是工程技术人员的一项重要任务。本文结合工程实例分析了砖混结构建筑墙体裂缝的成因,并提出了相应的处理建议。
关键词：砖混结构；墙体；裂缝；成因；对策
Abstract: in recent years, the brick structure multilayer residence engineering to ongoing wall cracks, residents a psychological caused great pressure. So the reason of crack on the analysis and make preventive measures, is engineering and technical personnel of an important task. This paper analyzed in the light of engineering examples brickconcrete building wall the causes of cracks, and put forward the corresponding proposal.
Keywords: brick structure; Wall; Crack; Cause; countermeasures
中图分类号： TU398+.5 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
某建筑物为6层砖混住宅楼,总长83m,宽12m,分为4个单元,住宅楼未设变形缝。建筑场地为坡地,从坡底到坡顶高差4m。为使建筑物和地势相协调,4个单元的楼层标高是不同的,每个单元1个标高,从坡底到坡顶室内地坪依次抬1 m。场地地基为页岩,基础为C20条形混凝土基础,砖采用MU20烧结普通砖,砌筑砂浆为M7.5混合砂浆,横墙承重体系；每层均设圈梁,圈梁为C20混凝土；楼、屋顶采用预应力混凝土空心板,卫生间及厨房等有管道通过的部位均采用了混凝土现浇板,按6度设防进行抗震设计。该住宅楼标准层平面示意见图1。该工程竣工一年后发现墙体出现大量裂缝,为确保安全,对该建筑物的墙体裂缝进行了检测、鉴定。
图1标准层平面示意
二、检测结果
该工程的墙体裂缝较多,作者就一种经现场检测后,难以直接说明其产生原因及对建筑物危害程度的裂缝作为分析对象,将检测情况简述如下:
(1)墙上有4条竖向裂缝,具体裂缝位置如图1所示。从2楼直到6楼均有墙体竖向裂缝(裂缝情况见2),裂缝宽度较为均匀,肉眼看不出裂缝宽度的变化规律。
(2)位于○11,○12轴线和○22, ○23轴线之间的2条裂缝宽度较大,平均裂缝宽度约为1.4mm,而位于○33轴线两侧的2条裂缝,其宽度相对较小,平均裂缝宽度约为0.6mm。
(3)用回弹法抽检了部分砌筑砂浆强度,用原位轴压法抽检了部分砌体抗压强度,取砖样抽检了普通烧结砖的强度。检测结果表明,砖、砂浆和砌体的抗压强度均满足设计要求。
(4)剔除砖砌体表面抹灰可以看到砖并没有被压碎,竖向裂缝是由砌体竖向灰缝相连而形成的。
(5)对该类裂缝进行了为期1年的观察。观察结果表明,在气温稳定的情况下,该裂缝基本上处于稳定状态,裂缝宽度基本无变化；冬季(1月份)和夏季(8月份)裂缝宽度变化量约为0.2mm。
图2纵横墙交接处竖向裂缝
三、裂缝原因分析
为找出此类裂缝的成因,
对○10～○13/○C轴线段墙体依据设计规范进行了计算,计算结果表明,该处墙体满足承载力要求。同时,根据该工程的施工图、裂缝的形态、位置及该工程6度抗震设防的特点,对裂缝原因作如下分析:
(1)一个单元只有1条裂缝,砌体抗压强度满足设计要求,说明该裂缝不是因砌体材料强度不足而引起的竖向裂缝。又由于该建筑物的地基为中风化岩体,且在一楼墙体相同部位并无竖向裂缝,这说明该类裂缝不是因基础不均匀沉降而引起的裂缝。
(2)由于该裂缝随季节温差的变化而变化,说明季节温差对该裂缝的变化有一定的影响,但不是产生竖向裂缝的主要成因。
(3)由于该建筑物采用横墙承重体系,横墙上的荷载要远大于纵墙上的荷载,因此,横墙的变形要大于纵墙的变形,在纵横交接处有可能由于墙体变形不协调而导致墙体开裂。为此,对3层○33/○C轴线纵横墙交接处的墙体用ANSYS程序进行了有限元分析。计算荷载按实际情况取用,墙体边界约束情况为:纵横墙处在水平沿墙片方向固定,在纵横墙水平垂直墙片方向和竖直方向自由;墙片底部在3个方向全部固定。计算模型墙体的高度取层高(含混凝土圈梁)和预应力混凝土空心板厚之差,各墙片长度取实际墙片长度的一半。计算单元类型为四面体单元SOLID92,混凝土圈梁的弹性模量取为2.55×104N/mm2,砖砌体的弹性模量取为3800N/mm2。由计算结果中的应力等值线图可以看到:纵横墙的应力值相差很大,纵横墙交接处的应力变化复杂；纵横墙交接处的内纵墙上出现了竖向的拉应力条带,查看单元应力结果,拉应力为0.11 N/mm2,而墙体的抗拉设计强度为0.17
N/mm2,故单由纵横墙交接处的应力应变不协调还不足以引起墙体产生竖向裂缝;然而,这是引起墙体开裂的一个重要原因。
(4)该建筑物为6级抗震设防,设计上要求每层均设圈梁。由于每一个单元的楼面不在同一个标高上,因而,每一单元的圈梁也不在同一标高上。虽然在设计中对圈梁的搭接长度作了明确的规定,但相邻圈梁的标高相差1m,圈梁上部有预应力空心板,下部有门窗洞口,比较难以实现设计要求的搭接长度。经现场剔除墙体抹灰检查: ○C轴线相邻圈梁在每一个单元分隔墙处断开,搭接长度仅为0.24m,圈梁截面为240×240(见图3)。钢筋混凝土的最大收缩应变值为2～4×10 ,考虑到圈梁的工作环境较好,实际收缩值按最小收缩应变值的50%考虑,即1×10 ；又考虑到C20混凝土圈梁的收缩受墙体的限制,故其应力值考虑为2.55×10 ×1×10 4/2=1.27 N/mm2。由于圈梁和墙体未产生水平裂缝,混凝土圈梁收缩产生的拉力全部由墙体承受。由混凝土圈梁收缩在每一楼层纵墙中产生的拉力为F1=1.27×240×240=73400N=73kN。内纵墙的高度为3m,去掉楼板和圈梁的高度,内墙的最小高度为2640mm,墙厚为240mm,在墙体中产生的拉应力为0.115 N/mm2。用M7.5砂浆砌筑MU20砖的砌体抗拉强度设计值为0.17 N/mm2。就拉应力而言,圈梁收缩变形产生的拉应力不足以引起墙体开裂。圈梁收缩而引起墙体开裂产生竖向裂缝,这在实际工程中是少见的。
(5)考虑到该建筑物的实际情况,由于纵横墙交接处的应力应变不协调、错层圈梁搭接不足,及圈梁收缩变形等原因,所产生的墙体拉应力之和(>0.255N/mm2)已经大于砌体的抗拉设计强度,房屋长度超规也是产生竖向裂缝的因素之一。因此,作者認为,导致墙体开裂产生竖向裂缝的原因是这几种因素共同作用的结果。
(6)各单元横墙在内纵墙错位(见图1中○11,○22轴线),设在单元横墙中的圈梁由于收缩变形又产生一对剪力F2,该作用力加剧了裂缝的开展。因而,在○11,○22轴线处的裂缝宽度要远大于○33轴线处的裂缝宽度(见图3),且○11,○22轴线纵横墙交接处的变形不协调更加明显。
图3墙体裂缝原因分析
(7)在○D轴单元横墙处的内纵墙并没有出现裂缝,这是因为○D轴处的纵墙没有设置圈梁(圈梁布置情况见图4),墙体并没有受到由于圈梁收缩产生的拉力,而纵横墙交接处由于应力应变不协调而产生的拉应力没有超过墙体的抗拉强度,因而,墙体就没有开裂。在外纵墙没有产生竖向裂缝,主要是因为圈梁搭接长度满足设计要求,圈梁收缩产生的应力相互抵消,没有对墙体造成影响。
图4圈梁布置示意
四、对策
综上所述,在错层的砖混结构房屋的设计、施工时,要特别注意错层处的圈梁搭接处理,圈梁搭接长度应满足《砌体结构设计规范》中的有关的构造要求,避免因纵横墙应力应变不协调、混凝土圈梁搭接长度不足、混凝土收缩变形而使墙体拉裂。建筑物的构造措施、结构受力特性差异、施工质量问题等因素,都会对建筑物的可靠性产生影响,在这些受力不利位置建议设计时增设构造柱。在实际工程中,单一的不利因素可能不会对建筑物造成损害,但多种不利因素组合时,有可能会对建筑物造成重大损害,此点应该引起设计人员的注意。
因此,建议采用以下处理措施:剔除裂缝两侧的砖墙抹灰,清洗干净,待墙体干燥后,用环氧树脂封闭裂缝。在纵墙裂缝两侧各1m范围内,在墙体两侧用25mm厚M10水泥砂浆内配 6@250mm×250mm的钢筋网加固,呈梅花形,间隔250mm用 6 “∽”形将两片钢筋网拉住。
参考文献:
[1]王赫.建筑工程事故处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[2] 王铁梦.工程结构裂缝控制.中国建筑工业出版社，1998.
[3]韩国华.砖混结构墙体裂缝的控制[J].山西建筑,2007,33(19):147-148.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：砖混结构；墙体；裂缝；成因；对策
Abstract: in recent years, the brick structure multilayer residence engineering to ongoing wall cracks, residents a psychological caused great pressure. So the reason of crack on the analysis and make preventive measures, is engineering and technical personnel of an important task. This paper analyzed in the light of engineering examples brickconcrete building wall the causes of cracks, and put forward the corresponding proposal.
Keywords: brick structure; Wall; Crack; Cause; countermeasures
中图分类号： TU398+.5 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
某建筑物为6层砖混住宅楼,总长83m,宽12m,分为4个单元,住宅楼未设变形缝。建筑场地为坡地,从坡底到坡顶高差4m。为使建筑物和地势相协调,4个单元的楼层标高是不同的,每个单元1个标高,从坡底到坡顶室内地坪依次抬1 m。场地地基为页岩,基础为C20条形混凝土基础,砖采用MU20烧结普通砖,砌筑砂浆为M7.5混合砂浆,横墙承重体系；每层均设圈梁,圈梁为C20混凝土；楼、屋顶采用预应力混凝土空心板,卫生间及厨房等有管道通过的部位均采用了混凝土现浇板,按6度设防进行抗震设计。该住宅楼标准层平面示意见图1。该工程竣工一年后发现墙体出现大量裂缝,为确保安全,对该建筑物的墙体裂缝进行了检测、鉴定。
图1标准层平面示意
二、检测结果
该工程的墙体裂缝较多,作者就一种经现场检测后,难以直接说明其产生原因及对建筑物危害程度的裂缝作为分析对象,将检测情况简述如下:
(1)墙上有4条竖向裂缝,具体裂缝位置如图1所示。从2楼直到6楼均有墙体竖向裂缝(裂缝情况见2),裂缝宽度较为均匀,肉眼看不出裂缝宽度的变化规律。
(2)位于○11,○12轴线和○22, ○23轴线之间的2条裂缝宽度较大,平均裂缝宽度约为1.4mm,而位于○33轴线两侧的2条裂缝,其宽度相对较小,平均裂缝宽度约为0.6mm。
(3)用回弹法抽检了部分砌筑砂浆强度,用原位轴压法抽检了部分砌体抗压强度,取砖样抽检了普通烧结砖的强度。检测结果表明,砖、砂浆和砌体的抗压强度均满足设计要求。
(4)剔除砖砌体表面抹灰可以看到砖并没有被压碎,竖向裂缝是由砌体竖向灰缝相连而形成的。
(5)对该类裂缝进行了为期1年的观察。观察结果表明,在气温稳定的情况下,该裂缝基本上处于稳定状态,裂缝宽度基本无变化；冬季(1月份)和夏季(8月份)裂缝宽度变化量约为0.2mm。
图2纵横墙交接处竖向裂缝
三、裂缝原因分析
为找出此类裂缝的成因,
对○10～○13/○C轴线段墙体依据设计规范进行了计算,计算结果表明,该处墙体满足承载力要求。同时,根据该工程的施工图、裂缝的形态、位置及该工程6度抗震设防的特点,对裂缝原因作如下分析:
(1)一个单元只有1条裂缝,砌体抗压强度满足设计要求,说明该裂缝不是因砌体材料强度不足而引起的竖向裂缝。又由于该建筑物的地基为中风化岩体,且在一楼墙体相同部位并无竖向裂缝,这说明该类裂缝不是因基础不均匀沉降而引起的裂缝。
(2)由于该裂缝随季节温差的变化而变化,说明季节温差对该裂缝的变化有一定的影响,但不是产生竖向裂缝的主要成因。
(3)由于该建筑物采用横墙承重体系,横墙上的荷载要远大于纵墙上的荷载,因此,横墙的变形要大于纵墙的变形,在纵横交接处有可能由于墙体变形不协调而导致墙体开裂。为此,对3层○33/○C轴线纵横墙交接处的墙体用ANSYS程序进行了有限元分析。计算荷载按实际情况取用,墙体边界约束情况为:纵横墙处在水平沿墙片方向固定,在纵横墙水平垂直墙片方向和竖直方向自由;墙片底部在3个方向全部固定。计算模型墙体的高度取层高(含混凝土圈梁)和预应力混凝土空心板厚之差,各墙片长度取实际墙片长度的一半。计算单元类型为四面体单元SOLID92,混凝土圈梁的弹性模量取为2.55×104N/mm2,砖砌体的弹性模量取为3800N/mm2。由计算结果中的应力等值线图可以看到:纵横墙的应力值相差很大,纵横墙交接处的应力变化复杂；纵横墙交接处的内纵墙上出现了竖向的拉应力条带,查看单元应力结果,拉应力为0.11 N/mm2,而墙体的抗拉设计强度为0.17
N/mm2,故单由纵横墙交接处的应力应变不协调还不足以引起墙体产生竖向裂缝;然而,这是引起墙体开裂的一个重要原因。
(4)该建筑物为6级抗震设防,设计上要求每层均设圈梁。由于每一个单元的楼面不在同一个标高上,因而,每一单元的圈梁也不在同一标高上。虽然在设计中对圈梁的搭接长度作了明确的规定,但相邻圈梁的标高相差1m,圈梁上部有预应力空心板,下部有门窗洞口,比较难以实现设计要求的搭接长度。经现场剔除墙体抹灰检查: ○C轴线相邻圈梁在每一个单元分隔墙处断开,搭接长度仅为0.24m,圈梁截面为240×240(见图3)。钢筋混凝土的最大收缩应变值为2～4×10 ,考虑到圈梁的工作环境较好,实际收缩值按最小收缩应变值的50%考虑,即1×10 ；又考虑到C20混凝土圈梁的收缩受墙体的限制,故其应力值考虑为2.55×10 ×1×10 4/2=1.27 N/mm2。由于圈梁和墙体未产生水平裂缝,混凝土圈梁收缩产生的拉力全部由墙体承受。由混凝土圈梁收缩在每一楼层纵墙中产生的拉力为F1=1.27×240×240=73400N=73kN。内纵墙的高度为3m,去掉楼板和圈梁的高度,内墙的最小高度为2640mm,墙厚为240mm,在墙体中产生的拉应力为0.115 N/mm2。用M7.5砂浆砌筑MU20砖的砌体抗拉强度设计值为0.17 N/mm2。就拉应力而言,圈梁收缩变形产生的拉应力不足以引起墙体开裂。圈梁收缩而引起墙体开裂产生竖向裂缝,这在实际工程中是少见的。
(5)考虑到该建筑物的实际情况,由于纵横墙交接处的应力应变不协调、错层圈梁搭接不足,及圈梁收缩变形等原因,所产生的墙体拉应力之和(>0.255N/mm2)已经大于砌体的抗拉设计强度,房屋长度超规也是产生竖向裂缝的因素之一。因此,作者認为,导致墙体开裂产生竖向裂缝的原因是这几种因素共同作用的结果。
(6)各单元横墙在内纵墙错位(见图1中○11,○22轴线),设在单元横墙中的圈梁由于收缩变形又产生一对剪力F2,该作用力加剧了裂缝的开展。因而,在○11,○22轴线处的裂缝宽度要远大于○33轴线处的裂缝宽度(见图3),且○11,○22轴线纵横墙交接处的变形不协调更加明显。
图3墙体裂缝原因分析
(7)在○D轴单元横墙处的内纵墙并没有出现裂缝,这是因为○D轴处的纵墙没有设置圈梁(圈梁布置情况见图4),墙体并没有受到由于圈梁收缩产生的拉力,而纵横墙交接处由于应力应变不协调而产生的拉应力没有超过墙体的抗拉强度,因而,墙体就没有开裂。在外纵墙没有产生竖向裂缝,主要是因为圈梁搭接长度满足设计要求,圈梁收缩产生的应力相互抵消,没有对墙体造成影响。
图4圈梁布置示意
四、对策
综上所述,在错层的砖混结构房屋的设计、施工时,要特别注意错层处的圈梁搭接处理,圈梁搭接长度应满足《砌体结构设计规范》中的有关的构造要求,避免因纵横墙应力应变不协调、混凝土圈梁搭接长度不足、混凝土收缩变形而使墙体拉裂。建筑物的构造措施、结构受力特性差异、施工质量问题等因素,都会对建筑物的可靠性产生影响,在这些受力不利位置建议设计时增设构造柱。在实际工程中,单一的不利因素可能不会对建筑物造成损害,但多种不利因素组合时,有可能会对建筑物造成重大损害,此点应该引起设计人员的注意。
因此,建议采用以下处理措施:剔除裂缝两侧的砖墙抹灰,清洗干净,待墙体干燥后,用环氧树脂封闭裂缝。在纵墙裂缝两侧各1m范围内,在墙体两侧用25mm厚M10水泥砂浆内配 6@250mm×250mm的钢筋网加固,呈梅花形,间隔250mm用 6 “∽”形将两片钢筋网拉住。
参考文献:
[1]王赫.建筑工程事故处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[2] 王铁梦.工程结构裂缝控制.中国建筑工业出版社，1998.
[3]韩国华.砖混结构墙体裂缝的控制[J].山西建筑,2007,33(19):147-148.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。