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【摘 要】本文在简要总结分析国内砌体裂缝的性质和裂缝控制原则和措施的基础上,结合我国当前国情,针对性地提出了砌体结构裂缝控制的具体构造措施建议。
【关键词】砌体结构;裂缝控制措施
Cracks in masonry structure on proposed control measures
Gong Jie-quan,Li Li
(Qichun Water Conservancy Design Architectural Institute Qichun Hubei 435300)
【Abstract】This article briefly summarizes and analyzes the nature of the domestic masonry cracks and crack control on the basis of principles and measures,combined with China's current situation,put forward a concrete masonry structures crack control measures.
【Key words】Masonry structure;Crack control
1. 裂缝的性质
引起砌体结构墙体裂缝的因素很多,既有地基、温度、干缩,也有设计上的疏忽、施工质量及材料不合格等。而最为常见的裂缝有两大类,一是温度裂缝,二是干燥收缩裂缝,简称干缩裂缝,以及由温度和干缩共同产生的裂缝。
1.1 温度裂缝。
温度的变化会引起材料的热胀、冷缩,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。最常见的裂缝是在砼平屋盖房屋顶层两端的墙体上,如在门窗洞边的正八字斜裂缝,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)。导致平屋顶温度裂缝的原因,是顶板的温度比其下的墙体高得多,而砼顶板的线胀系数又比砖体大得多,故顶板和墙体间的变形差会在墙体中产生很大的拉力和剪力。剪应力在墙体内的分布为两端附近较大,中间渐小,顶层大,下部小。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,裂缝的宽度随着温度变化而略有变化。
1.2 干缩裂缝。
烧结粘土砖,包括其它材料的烧结制品,其干缩变形很小,且变形完成比较快。但对这类砌体在潮湿情况下会产生较大的湿胀,而且这种湿胀是不可逆的变形。对于砌块、灰砂砖、灰砂砖、粉煤砖等砌体,随着含水量的降低,材料会产生较大的干缩变形。如砼砌块的干缩率为0.3~0.45mm/m,它相当于25~400C的温度变形,可见干缩变形的影响很大。轻骨料块体的干缩变形更大。干缩变形的特征是早期发展比较快,以后逐步变慢,几年后材料方能停止干缩。但是干缩后的材料受湿后仍会发生膨胀,脱水后材料会再次发生干缩变形,但其干缩率有所减小,约为第一次的80%左右。这类干缩变形引起的裂缝在建筑上分布广、数量多、裂缝的程度也比较严重。如房屋内外纵墙两端对称分布的倒八字裂缝;在建筑底部一至二层窗台边出现的斜裂缝或竖向裂缝;在屋顶圈梁下出现的水平缝和水平包角裂缝;在大片墙面出现的底部重、上部较轻的竖向裂缝。另外不同材料和构件的差异变形也会导致墙体开裂。如楼板错层处或高低层连接处常出现的裂缝,框架填充墙或柱间墙因不同材料的差异变形出现的裂缝。
1.3 温度、干缩及其它裂缝。
对于烧结类块材的砌体最常见的是温度裂缝,而对于非烧结类块体,则同时存在温度和干缩共同作用下的裂缝。在建筑物墙体上的分布一般多为这两种裂缝的组合,或因具体条件不同而呈现出不同的裂缝现象,而其裂缝的后果往往较单一因素更严重。另外设计上的疏忽、无针对性防裂措施、材料质量不合格、施工质量差、违反设计施工规程、砌体强度达不到设计要求,以及缺乏经验也是造成墙体裂缝的重要原因之一。如对砼砌块、灰砂砖等墙体材料,没有针对材料的特殊性,采用适合的砌筑砂浆等相应的构造措施,仍沿用粘土砖使用的砂浆和相应的抗裂措施,必然造成墙体出现较严重的裂缝。
2. 砌体裂缝的控制
2.1 裂缝的危害和防裂的迫切性。
砌体属于脆性材料,裂缝的存在降低了墙体的质量,如整体性、耐久性和抗震性能,同时墙体的裂缝给居住者在感观上和心理上造成不良影响。由于建筑物的质量低劣,如墙体裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司也越来越多,建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准。因此加强砌体结构抗裂措施,已成为工程界各参与方共同关注的课题。
2.2 裂缝宽度的标准问题。
实际上建筑物的裂缝是不可避免的。此处提到的墙体裂缝宽度的标准(限值),是一个宏观的标准,即肉眼明显可见的裂缝,《规范》[1]尚无这种明确的标准。因此对砌体结构而言,墙体的裂缝宽度多大是无害呢?这是个比较复杂的问题。因为它还涉及到可接受的美学方面的问题。它直接取决于观察人的目的和观察的距离。对钢筋砼结构,裂缝宽度>0.3mm,通常在美学上不能接受的,这个概念也可用于配筋砌体。而对无筋砌体似乎应比配筋砌体的裂缝宽度标准放宽些,这在《标准》[2]及《标准》[3]的相关条款也有所表述。
3. 现有控制裂缝的原则和措施
从防止裂缝的概念上,工程界各参与方形象地引出“防”、“放”、“抗” 相结合的预防和控制裂缝的措施,这些措施已运用到工程实践中,也收到了一定的效果,但总的来说,我国砌体结构裂缝仍较严重,纠其原因有以下几种。
3.1 设计者重视强度设计而忽略抗裂构造措施。
首先,设计者一般认为砌体房屋比较简单,仅在强度方面作必要的计算后,针对构造措施,绝大部分引用国家标准或标准图集,很少单独提出有关防裂要求和措施。因为裂缝的危险仅为潜在的,暂时尚无结构安全问题,因此未引起足够的重视。
3.2 我国《砌体规范》抗裂措施行的局限性。
《规范》[1]的抗裂措施主要有两条,一是第6.3.2条;对钢砼屋盖的温度变化和砌体的干缩变形引起的墙体开裂,可采取设置保温层或隔热层;采用有檩屋盖或瓦材屋盖。未考虑我国幅原辽阔、不同地区的气候、温度、湿度的巨大差异和相同措施的适应性。二是第6.3.1条;防止房屋在正常使用条件下,由温差和墙体干缩引起的墙体竖向裂缝,应在墙体中设置伸缩缝。从规范的温度伸缩缝的最大间距可见,它主要取决于屋盖或楼盖的类别和有无保温层,而与砌体的种类、材料和收缩性能无直接关系。可见我国的伸缩缝的作用主要是防止因建筑过长在结构中出现竖向裂缝,它一般不能防止由于钢砼屋盖的温度变形和砌体的干缩变形引起的墙体裂缝。由此可见,《规范》[1]的抗裂措施,如温度区段限值,主要是针对于缩小、块体小的粘土砌体结构的,而对干缩大、块体尺寸比粘土砖大得多的砼砌块和硅酸盐砌体房屋,基本是不适用的。在这方面,国外已有比较成熟的预防和控制墙体开裂的经验,值得借鉴:一是在较长的墙体设置控制缝(变形缝),这种控制缝和我国的双墙伸缩缝不同,而是在单墙上设置的缝。。二是在砌体中根据材料的干缩性能,配置一定数量的抗裂钢筋,或将砌体设计成配筋砌体。
4. 防止墙体开裂的具体构造措施建议
4.1 防止混凝土屋盖的温度与砌体的干缩变形引起的墙体开裂,宜采取下列措施。
4.1.1 屋盖上设置保温屋或隔热层。
4.1.2 在屋盖的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不宜大于30m。
4.1.3 当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时,宜设置分隔缝,分隔缝的宽度不应小于20 mm,缝内用弹性油膏嵌缝。
4.1.4 建筑物温度伸缩缝的间距除应满足《规范》[1]第6.3.1条的规定外,宜在建筑物墙体的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不宜大于30 m。
4.2 防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝可采用下列措施之一:
4.2.1 设置控制缝。
4.2.1.1 控制缝的设置位置。
(1)在墙体的高度或厚度突然变化设置竖向控制缝。
(2)在窗台下或窗台角处墙体设置竖向控制缝。
4.2.1.2 控制缝的间距。
(1)对有规则洞口外墙不大于6mm。
(2)对无洞墙体不大于8m及墙高的3倍。
(3)在转角部位,控制缝至墙转角的距离不大于4.5m。
4.2.2 设置灰缝钢筋。
(1)在门窗过梁上方的水平灰缝,钢筋伸入洞口每侧长度不应小于600 mm。
(2)在楼盖标高以上,屋盖标高以下的第二或第三道灰缝,和靠近墙顶的部位。
(3)灰缝钢筋的间距不大于600 mm。
(4)灰缝钢筋距楼、屋盖砼圈梁或配筋带的距离不小于600 mm。
(5)灰缝钢筋宜采用小螺纹钢筋焊接网片,网片的纵向钢筋不小于25,横筋间距不宜大于200 mm。
(6)灰缝钢筋宜通长设置,当不便通长设置时,允许搭接,搭接长度不应小于300 mm。
(7)灰缝钢筋两端应锚入相交墙或转角墙中,锚固长度不应小于300 mm。
(8)灰缝钢筋应埋入砂浆中,灰缝钢筋砂浆保护层,下下不小于3mm,外侧不小于15 mm,灰缝钢筋宜进行防腐处理。
4.2.3 在建筑物墙体中设置配筋带或圈梁。
(1)在楼盖处和屋盖处设置圈梁,并沿内外墙拉通。
(2)实体墙大于5米时宜在每层墙高度中部设置2~3道焊接钢筋网片或36的通常配筋带。
(3)窗台下的第一和第二道水平灰缝。
(4)配筋带钢筋宜通长设置,当不能通长设置时,允许搭接,搭接长度不应小于50d和600 mm。
(5)配筋带钢筋应弯入转角墙约束区锚固,锚固水平段长度不应小于25d和300 mm。
(6)当配筋带仅用于控制墙体裂缝时,宜在控制缝处断开,当设计考虑需要通过控制缝时,宜在该处的配筋带表面作成虚缝,以控制可预料的裂缝位置。
(7)设置配筋带的房屋的控制缝的间距不宜大于30m。
参考文献
[1] GB 50003-2001 砌体结构设计规范.
[2] GB 50292-1999 民用建筑可靠性鉴定标准.
[3] JGJ125-99(2004年版)危险房屋鉴定标准.
[文章编号]1006-7619(2011)03-29-275
[作者简介] 贡介全 (1973-),男,学历:大学本科,职称:高级工程师、国家一级注册结构师,国家注册监理工程师,主要从事建筑、水利结构设计及监理工作。
【关键词】砌体结构;裂缝控制措施
Cracks in masonry structure on proposed control measures
Gong Jie-quan,Li Li
(Qichun Water Conservancy Design Architectural Institute Qichun Hubei 435300)
【Abstract】This article briefly summarizes and analyzes the nature of the domestic masonry cracks and crack control on the basis of principles and measures,combined with China's current situation,put forward a concrete masonry structures crack control measures.
【Key words】Masonry structure;Crack control
1. 裂缝的性质
引起砌体结构墙体裂缝的因素很多,既有地基、温度、干缩,也有设计上的疏忽、施工质量及材料不合格等。而最为常见的裂缝有两大类,一是温度裂缝,二是干燥收缩裂缝,简称干缩裂缝,以及由温度和干缩共同产生的裂缝。
1.1 温度裂缝。
温度的变化会引起材料的热胀、冷缩,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。最常见的裂缝是在砼平屋盖房屋顶层两端的墙体上,如在门窗洞边的正八字斜裂缝,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)。导致平屋顶温度裂缝的原因,是顶板的温度比其下的墙体高得多,而砼顶板的线胀系数又比砖体大得多,故顶板和墙体间的变形差会在墙体中产生很大的拉力和剪力。剪应力在墙体内的分布为两端附近较大,中间渐小,顶层大,下部小。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,裂缝的宽度随着温度变化而略有变化。
1.2 干缩裂缝。
烧结粘土砖,包括其它材料的烧结制品,其干缩变形很小,且变形完成比较快。但对这类砌体在潮湿情况下会产生较大的湿胀,而且这种湿胀是不可逆的变形。对于砌块、灰砂砖、灰砂砖、粉煤砖等砌体,随着含水量的降低,材料会产生较大的干缩变形。如砼砌块的干缩率为0.3~0.45mm/m,它相当于25~400C的温度变形,可见干缩变形的影响很大。轻骨料块体的干缩变形更大。干缩变形的特征是早期发展比较快,以后逐步变慢,几年后材料方能停止干缩。但是干缩后的材料受湿后仍会发生膨胀,脱水后材料会再次发生干缩变形,但其干缩率有所减小,约为第一次的80%左右。这类干缩变形引起的裂缝在建筑上分布广、数量多、裂缝的程度也比较严重。如房屋内外纵墙两端对称分布的倒八字裂缝;在建筑底部一至二层窗台边出现的斜裂缝或竖向裂缝;在屋顶圈梁下出现的水平缝和水平包角裂缝;在大片墙面出现的底部重、上部较轻的竖向裂缝。另外不同材料和构件的差异变形也会导致墙体开裂。如楼板错层处或高低层连接处常出现的裂缝,框架填充墙或柱间墙因不同材料的差异变形出现的裂缝。
1.3 温度、干缩及其它裂缝。
对于烧结类块材的砌体最常见的是温度裂缝,而对于非烧结类块体,则同时存在温度和干缩共同作用下的裂缝。在建筑物墙体上的分布一般多为这两种裂缝的组合,或因具体条件不同而呈现出不同的裂缝现象,而其裂缝的后果往往较单一因素更严重。另外设计上的疏忽、无针对性防裂措施、材料质量不合格、施工质量差、违反设计施工规程、砌体强度达不到设计要求,以及缺乏经验也是造成墙体裂缝的重要原因之一。如对砼砌块、灰砂砖等墙体材料,没有针对材料的特殊性,采用适合的砌筑砂浆等相应的构造措施,仍沿用粘土砖使用的砂浆和相应的抗裂措施,必然造成墙体出现较严重的裂缝。
2. 砌体裂缝的控制
2.1 裂缝的危害和防裂的迫切性。
砌体属于脆性材料,裂缝的存在降低了墙体的质量,如整体性、耐久性和抗震性能,同时墙体的裂缝给居住者在感观上和心理上造成不良影响。由于建筑物的质量低劣,如墙体裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司也越来越多,建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准。因此加强砌体结构抗裂措施,已成为工程界各参与方共同关注的课题。
2.2 裂缝宽度的标准问题。
实际上建筑物的裂缝是不可避免的。此处提到的墙体裂缝宽度的标准(限值),是一个宏观的标准,即肉眼明显可见的裂缝,《规范》[1]尚无这种明确的标准。因此对砌体结构而言,墙体的裂缝宽度多大是无害呢?这是个比较复杂的问题。因为它还涉及到可接受的美学方面的问题。它直接取决于观察人的目的和观察的距离。对钢筋砼结构,裂缝宽度>0.3mm,通常在美学上不能接受的,这个概念也可用于配筋砌体。而对无筋砌体似乎应比配筋砌体的裂缝宽度标准放宽些,这在《标准》[2]及《标准》[3]的相关条款也有所表述。
3. 现有控制裂缝的原则和措施
从防止裂缝的概念上,工程界各参与方形象地引出“防”、“放”、“抗” 相结合的预防和控制裂缝的措施,这些措施已运用到工程实践中,也收到了一定的效果,但总的来说,我国砌体结构裂缝仍较严重,纠其原因有以下几种。
3.1 设计者重视强度设计而忽略抗裂构造措施。
首先,设计者一般认为砌体房屋比较简单,仅在强度方面作必要的计算后,针对构造措施,绝大部分引用国家标准或标准图集,很少单独提出有关防裂要求和措施。因为裂缝的危险仅为潜在的,暂时尚无结构安全问题,因此未引起足够的重视。
3.2 我国《砌体规范》抗裂措施行的局限性。
《规范》[1]的抗裂措施主要有两条,一是第6.3.2条;对钢砼屋盖的温度变化和砌体的干缩变形引起的墙体开裂,可采取设置保温层或隔热层;采用有檩屋盖或瓦材屋盖。未考虑我国幅原辽阔、不同地区的气候、温度、湿度的巨大差异和相同措施的适应性。二是第6.3.1条;防止房屋在正常使用条件下,由温差和墙体干缩引起的墙体竖向裂缝,应在墙体中设置伸缩缝。从规范的温度伸缩缝的最大间距可见,它主要取决于屋盖或楼盖的类别和有无保温层,而与砌体的种类、材料和收缩性能无直接关系。可见我国的伸缩缝的作用主要是防止因建筑过长在结构中出现竖向裂缝,它一般不能防止由于钢砼屋盖的温度变形和砌体的干缩变形引起的墙体裂缝。由此可见,《规范》[1]的抗裂措施,如温度区段限值,主要是针对于缩小、块体小的粘土砌体结构的,而对干缩大、块体尺寸比粘土砖大得多的砼砌块和硅酸盐砌体房屋,基本是不适用的。在这方面,国外已有比较成熟的预防和控制墙体开裂的经验,值得借鉴:一是在较长的墙体设置控制缝(变形缝),这种控制缝和我国的双墙伸缩缝不同,而是在单墙上设置的缝。。二是在砌体中根据材料的干缩性能,配置一定数量的抗裂钢筋,或将砌体设计成配筋砌体。
4. 防止墙体开裂的具体构造措施建议
4.1 防止混凝土屋盖的温度与砌体的干缩变形引起的墙体开裂,宜采取下列措施。
4.1.1 屋盖上设置保温屋或隔热层。
4.1.2 在屋盖的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不宜大于30m。
4.1.3 当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时,宜设置分隔缝,分隔缝的宽度不应小于20 mm,缝内用弹性油膏嵌缝。
4.1.4 建筑物温度伸缩缝的间距除应满足《规范》[1]第6.3.1条的规定外,宜在建筑物墙体的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不宜大于30 m。
4.2 防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝可采用下列措施之一:
4.2.1 设置控制缝。
4.2.1.1 控制缝的设置位置。
(1)在墙体的高度或厚度突然变化设置竖向控制缝。
(2)在窗台下或窗台角处墙体设置竖向控制缝。
4.2.1.2 控制缝的间距。
(1)对有规则洞口外墙不大于6mm。
(2)对无洞墙体不大于8m及墙高的3倍。
(3)在转角部位,控制缝至墙转角的距离不大于4.5m。
4.2.2 设置灰缝钢筋。
(1)在门窗过梁上方的水平灰缝,钢筋伸入洞口每侧长度不应小于600 mm。
(2)在楼盖标高以上,屋盖标高以下的第二或第三道灰缝,和靠近墙顶的部位。
(3)灰缝钢筋的间距不大于600 mm。
(4)灰缝钢筋距楼、屋盖砼圈梁或配筋带的距离不小于600 mm。
(5)灰缝钢筋宜采用小螺纹钢筋焊接网片,网片的纵向钢筋不小于25,横筋间距不宜大于200 mm。
(6)灰缝钢筋宜通长设置,当不便通长设置时,允许搭接,搭接长度不应小于300 mm。
(7)灰缝钢筋两端应锚入相交墙或转角墙中,锚固长度不应小于300 mm。
(8)灰缝钢筋应埋入砂浆中,灰缝钢筋砂浆保护层,下下不小于3mm,外侧不小于15 mm,灰缝钢筋宜进行防腐处理。
4.2.3 在建筑物墙体中设置配筋带或圈梁。
(1)在楼盖处和屋盖处设置圈梁,并沿内外墙拉通。
(2)实体墙大于5米时宜在每层墙高度中部设置2~3道焊接钢筋网片或36的通常配筋带。
(3)窗台下的第一和第二道水平灰缝。
(4)配筋带钢筋宜通长设置,当不能通长设置时,允许搭接,搭接长度不应小于50d和600 mm。
(5)配筋带钢筋应弯入转角墙约束区锚固,锚固水平段长度不应小于25d和300 mm。
(6)当配筋带仅用于控制墙体裂缝时,宜在控制缝处断开,当设计考虑需要通过控制缝时,宜在该处的配筋带表面作成虚缝,以控制可预料的裂缝位置。
(7)设置配筋带的房屋的控制缝的间距不宜大于30m。
参考文献
[1] GB 50003-2001 砌体结构设计规范.
[2] GB 50292-1999 民用建筑可靠性鉴定标准.
[3] JGJ125-99(2004年版)危险房屋鉴定标准.
[文章编号]1006-7619(2011)03-29-275
[作者简介] 贡介全 (1973-),男,学历:大学本科,职称:高级工程师、国家一级注册结构师,国家注册监理工程师,主要从事建筑、水利结构设计及监理工作。