付光旭　李　峰　李　旺　尚　凱

摘 要:本文通過對(duì)框架結(jié)構(gòu)填充墻體裂縫的特點(diǎn)及成因進(jìn)行分析,更進(jìn)一步的闡述了其影響因素。

關(guān)鍵詞:框架填充墻;溫度裂縫;干縮裂縫;裂縫成因

1 引言

長期以來,實(shí)心黏土磚一直是我國墻體材料中的主導(dǎo)材料。但實(shí)心黏土磚的生產(chǎn)消耗了大量的土地資源和煤炭資源,造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞和污染,在國務(wù)院的相關(guān)文件己明確提出相關(guān)城市限時(shí)禁止使用黏土實(shí)心磚的目標(biāo)。大力開發(fā)與推廣使用節(jié)土、節(jié)能、利廢、多功能、有利于環(huán)保、符合可持續(xù)發(fā)展的新型墻體材料,特別是輕質(zhì)、高效、保溫、隔熱、外觀整齊、帶有自裝飾、施工方便快捷的新型墻體材料是各級(jí)政府和廣大建筑科技人員的一項(xiàng)重要使命。隨著輕型填充墻體材料在當(dāng)前建筑中框架結(jié)構(gòu)和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用,輕質(zhì)填充墻墻體材料不再使用傳統(tǒng)的黏土磚,而是使用輕質(zhì)高強(qiáng)和多功能的建筑材料,即屬于新型建筑材料。但與此同時(shí),隨著新型建筑材料的廣泛應(yīng)用,隨之而來的一系列問題也出現(xiàn)了,尤其是墻體的裂縫問題。有關(guān)填充墻裂縫這類建筑質(zhì)量缺陷的投訴也越來越多,人們對(duì)輕質(zhì)砌塊這種新型墻體材料產(chǎn)生了懷疑。由于對(duì)輕質(zhì)砌塊缺乏了解,再加上許多粘土磚填充墻使用多年也很少出現(xiàn)裂縫,許多人認(rèn)為是砌塊本身存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題,對(duì)砌塊的態(tài)度由歡迎變成了抵制,有些工程甚至又開始使用黏土磚。其實(shí),砌塊填充墻出現(xiàn)裂縫在世界上很多國家都普遍出現(xiàn)過,一些發(fā)達(dá)國家解決裂縫的主要方法是從生產(chǎn)質(zhì)量方面入手,經(jīng)過嚴(yán)格的砌塊生產(chǎn)控制和有效的施工措施,這些國家已基本解決墻體裂縫問題。但在我國,填充墻體的裂縫問題仍然大面積出現(xiàn),這個(gè)問題給消費(fèi)者和設(shè)計(jì)施工單位帶來很多負(fù)面的影響,有待徹底解決。故本文針對(duì)框架填充墻體裂縫特點(diǎn)、影響因素和成因進(jìn)行探討分析。

2 框架填充墻裂縫的特點(diǎn)及影響因素

在墻體中,由于諸多內(nèi)在因素的影響,墻體內(nèi)產(chǎn)生形式多樣的內(nèi)應(yīng)力,這種內(nèi)應(yīng)力從墻體砌筑完成便已開始形成并一直會(huì)在墻體中發(fā)生變化。當(dāng)變化過程中形成較大的內(nèi)應(yīng)力集中在墻體的某一部位,且該處的強(qiáng)度不足以抗衡時(shí),該處則會(huì)產(chǎn)生裂縫并將這部分的集中應(yīng)力逐步釋放。砌體結(jié)構(gòu)裂縫原因從客觀上有兩類:一類是由結(jié)構(gòu)上的荷載作用引起的;另一類是由使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形作用引起的。由前者引起的稱為荷載裂縫(或受力裂縫),由后者引起的稱為變形裂縫(或非受力裂縫),這是兩種性質(zhì)截然不同的裂縫。

我們研究的框架填充墻裂縫屬于變形裂縫。其原因是框架結(jié)構(gòu)填充墻只承受墻體自重,不承擔(dān)上部荷載,因此填充墻裂縫不屬于受力裂縫。當(dāng)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料硬化導(dǎo)致的體積變形、環(huán)境溫濕度變化、地基沉降等非荷載因素影響時(shí),墻體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形作用,當(dāng)這種變形超出墻體的自身強(qiáng)度極限時(shí),框架填充墻開裂?？蚣芴畛鋲α芽p經(jīng)常出現(xiàn)的部位有:①填充墻墻體與框架交接處裂縫出現(xiàn)的最多,尤其是墻頭的兩端部。據(jù)分析,墻體的溫差應(yīng)力在房屋兩端部形成最大值。因此,在墻體的兩端部最容易導(dǎo)致主拉應(yīng)力破壞;②門窗洞口四角處也容易開裂;③墻體裂縫頂層和次頂層相對(duì)較多,端開間尤其嚴(yán)重。由于屋頂梁板熱脹或冷縮時(shí),會(huì)產(chǎn)生較小的運(yùn)動(dòng),使得頂層橫墻或縱墻沿墻頂支座處錯(cuò)動(dòng)而形成通長水平裂縫。同時(shí),頂板受熱膨脹也會(huì)對(duì)山墻及女兒墻產(chǎn)生水平推力,從面產(chǎn)生水平裂縫;④在長墻體中間部位,不但邊界出現(xiàn)裂縫,墻體中部亦出現(xiàn)豎向通縫;⑤總體上采用燒結(jié)磚(如黏土多孔磚、頁巖燒結(jié)磚)的墻體裂縫比非燒結(jié)墻體裂縫少。

填充墻產(chǎn)生裂縫的影響因素,①墻體材料的影響。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)填充墻,可以把每一面墻所包含的梁柱門窗洞口和填充墻、抹灰層、外墻裝飾層視為有機(jī)結(jié)合的一個(gè)整體墻。在這個(gè)整體墻當(dāng)中,由于許多內(nèi)在因素的影響,從而產(chǎn)生了形式多樣的內(nèi)應(yīng)力,砌塊干縮是其中主要因素。當(dāng)砌塊砌筑時(shí),材料一般較濕,其后由于氣候或使用條件而逐漸干燥,墻體水分排出而隨之收縮。當(dāng)砌塊砌城墻后,體積的變化使其受到砂漿和其他構(gòu)件的約束,形成內(nèi)應(yīng)力。這些內(nèi)應(yīng)力從墻體砌筑完成便已開始形成并一直在墻體中發(fā)生變化。當(dāng)變化過程中形成較大的內(nèi)應(yīng)力并集中在墻體的某一部位,而該處的抗拉強(qiáng)度不足以抗衡的情況下,則會(huì)產(chǎn)生裂縫并將這部分的集中應(yīng)力逐步釋放。砌體材料的干、濕不穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生裂縫。由于墻體材料大多是由粉煤灰、煤研石之類的材料壓制而成的砌塊,其內(nèi)部空隙多,吸水率高,收縮變形大,其制品收縮率是傳統(tǒng)燒結(jié)粘土磚的3倍以上。如加氣混凝土砌塊在自然堆積狀態(tài)下,其含水率逐步降低的同時(shí),砌塊收縮變形,當(dāng)含水率達(dá)到5%時(shí),干縮變形才趨于穩(wěn)定。干縮后的材料受潮后仍會(huì)膨脹,無水后還會(huì)干縮變形,只是干縮率有所降低。②溫度影響?？蚣芙Y(jié)構(gòu)頂層屋面板和填充墻的接觸面緊密結(jié)合。在太陽光的輻射下,建筑物內(nèi)部會(huì)因此產(chǎn)生相應(yīng)的溫度應(yīng)力。頂層的梁比墻體溫度偏高,且鋼混的線膨脹系數(shù)常大于磚砌體,二者的相對(duì)溫差導(dǎo)致屋面板受壓應(yīng)力,墻體受拉應(yīng)力,接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。當(dāng)屋面板和墻體的自由變形差異較大時(shí),通過摩擦阻力使墻體內(nèi)主拉應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)量(抗拉強(qiáng)度)之后,便引起斜裂縫或剪應(yīng)力水平裂縫。③地基不均勻沉降引起裂縫。一般情況下,當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)主體和基礎(chǔ)剛度較大時(shí),其抵抗地基沉陷的能力還是比較強(qiáng)的。但是地基處理不滿足規(guī)范要求時(shí),特別是在嚴(yán)重濕陷性黃土、凍脹土、膨脹土、鹽漬土、軟弱土等不良場地,仍時(shí)常產(chǎn)生地基沉陷(膨脹)裂縫。

3 框架填充墻體裂縫成因分析

內(nèi)部因素兩方面。外界因素包括溫度、濕度、地基條件及各種外荷載等,內(nèi)部因素有墻體材料性能、建筑物本身的特點(diǎn)及門窗洞口的位置與尺度、墻體整體性能等。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)填充墻,根據(jù)調(diào)查和試驗(yàn)分析結(jié)果可以得出,產(chǎn)生填充墻裂縫的主要原因有兩個(gè):一是溫度變化,二是砌體干縮,以及二者共同作用產(chǎn)生的裂縫。以下就框架填充墻裂縫的兩個(gè)主要成因進(jìn)行分析。

3.1 溫度變化影響

溫度作用是一種變形作用。結(jié)構(gòu)物在溫度作用下會(huì)產(chǎn)生變形,若變形受到約束,會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生約束應(yīng)力。這種由溫度作用而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力。當(dāng)某處砌體的溫度應(yīng)力超出了其抗拉抗剪強(qiáng)度極限值時(shí),該處則會(huì)產(chǎn)生裂縫并將這部分的集中應(yīng)力逐步釋放。

溫度的變化會(huì)引起材料的熱脹冷縮。溫度的變化會(huì)引起材料的熱脹冷縮。當(dāng)溫度變化時(shí),框架體系中的鋼筋混凝土和砌體都會(huì)產(chǎn)生溫度變形,但二者的線膨脹系數(shù)存在差別,鋼筋混凝土變形不同步。在相同構(gòu)件長度條件下,鋼筋混凝土和砌體的鋼筋混凝土和砌體的變形值相差兩倍之多,二者變形不同步,相互之間就會(huì)形成一種約束力,當(dāng)這種約束力超出了材料的強(qiáng)度極限范圍時(shí),不同材料之間就會(huì)產(chǎn)生集中應(yīng)力釋放,裂縫因此產(chǎn)生。

溫度應(yīng)力的產(chǎn)生與計(jì)算。溫度應(yīng)力產(chǎn)生必須具備兩個(gè)條件:一是構(gòu)件之間產(chǎn)生溫差,二是變形受到約束。如果沒有溫度變化,材料就不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變形;如果變形不受到約束,變形就屬于無任何約束的自由變形,因此材料只是伸長或縮短而己,其內(nèi)部就不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有一定的約束力,在約束條件和砌體溫度變形同時(shí)存在的情況下,建筑物將產(chǎn)生溫度應(yīng)力,該溫度應(yīng)力與溫度的變化成正比。當(dāng)作用于墻體的溫度應(yīng)力超過砌體的抗拉抗剪強(qiáng)度時(shí),裂縫出現(xiàn)。頂層梁下墻體的開裂很多是都是這個(gè)原因。例如,炎熱的夏日常使混凝土屋面結(jié)構(gòu)處于高溫狀態(tài),且混凝土線脹系數(shù)較大,發(fā)生較大的熱脹變形,而屋面下的磚墻溫度較低,且其線脹系數(shù)較小,發(fā)生較小的熱脹變形,因其熱脹變形差較大而產(chǎn)生混凝土屋面結(jié)構(gòu)對(duì)磚墻的熱脹推力;又如氣溫下降到低于成型溫度時(shí)(砌體成型溫度高),砌體又發(fā)生冷縮。裂縫工程實(shí)例表明:建成交付使用后的裂縫,往往是由季節(jié)性溫差較大,炎夏砌筑的砌體到冬季寒潮來臨時(shí)發(fā)生。

3.2 砌體的干縮

填充墻的干縮裂縫大多與采用墻體材料的收縮性能和結(jié)構(gòu)約束條件有關(guān),通常砌體收縮值和結(jié)構(gòu)約束小的砌體,一般不易產(chǎn)生干縮裂縫。

材料收縮性能。砌體的收縮包括兩個(gè)方面:一是非燒結(jié)砌塊(如混凝土砌塊)在結(jié)硬過程中的干縮;另一個(gè)是砌筑砂漿在結(jié)硬過程中的干縮?？芍?燒結(jié)黏土磚砌體收縮率為-0.1 mm/m蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚砌體和混凝土砌塊砌體為-0.2 mm/m,輕骨料混凝土砌塊砌體為-0.3 mm/m。因此,非燒結(jié)砌塊砌體總是比燒結(jié)黏土磚砌體的材料收縮大,特別是剛出廠短齡期的混凝土砌體的收縮更大。

約束條件。對(duì)墻體的約束條件,也有局部約束和體系約束兩種。前者為發(fā)生在兩種材料的界面約束或縱墻與橫墻相互間的約束,這種局部約束由溫度收縮引起的豎向裂縫,其寬度約為0.2-0.3mm;后者裂縫發(fā)生在墻體截面受到削弱的窗上或窗下墻上,每層豎向墻體受到地基基礎(chǔ)以及各層樓(屋)面的約束。當(dāng)主要受各層現(xiàn)澆混凝土樓(屋)面約束,且具備兩頭樓(屋)面面積大,中間樓(屋)面面積小的條件時(shí),不僅在中間面積較小的現(xiàn)澆混凝土樓(屋)面板上出現(xiàn)貫穿裂縫,而且其下的墻體中在相應(yīng)部位也會(huì)出現(xiàn)豎向裂縫。這種體系裂縫寬度較寬,約為1.2-3.0mm。

結(jié)論

近年來,由于房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展,框架結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。在我國,填充墻體的裂縫問題仍然大面積出現(xiàn),這個(gè)問題給設(shè)計(jì)施工單位和開發(fā)單位帶來很多負(fù)面的影響。本文針對(duì)這種情況,分析了框架結(jié)構(gòu)填充墻體裂縫產(chǎn)生的特點(diǎn),對(duì)裂縫成因進(jìn)行分析,通過論述有助于在實(shí)際設(shè)計(jì)人員與施工建造人員更進(jìn)一步在施工和設(shè)計(jì)中盡量減少墻體開裂和裂縫的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)捍東,錢曉倩,新型建筑材料教程,北京:中國建材工業(yè)出版社,2005.1

[2]于飛,框架填充墻裂縫調(diào)查分析與控制探討,浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.3

[3]羅國強(qiáng),羅剛,羅誠,混凝土與砌體結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù),北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.7

[4]于飛,框架填充墻裂縫調(diào)查分析與控制探討,浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.3

[5]魏兆正,張英,委員會(huì)年會(huì)論文,房屋建筑溫度裂縫分析與計(jì)算,中國建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)磚石結(jié)構(gòu)技術(shù),1983.6