磚混結構房屋溫度裂縫與結構措施淺談

金攀龍

(西安成陽機場西安亨泰房地產開發公司)

    磚混結構房屋中墻體的溫度裂縫是常見的現象。導致砌體和屋面板出現溫度裂縫的因素很多，既有原材料質量低劣、施工質量不合格的原因，也有設計不合理、使用不當等原因。溫度裂縫的出現并有開展是結構破壞的先兆，過大、過多的裂縫不僅引起鋼筋的銹蝕，造成房屋滲漏，影響正常使用的建筑美觀，同時給居住者造成一種不安全的精神壓力和較大的心理負擔。溫度裂縫的存在，不僅破壞結構的整體性，還降低結構的承載力、耐久性和抗震性能。

1、工程中常見的裂縫形式

    工程中出現的八字形裂縫、水平裂縫、倒八字形裂縫、不規則斜裂縫及豎向裂縫等是磚混結構中比較常見的溫度裂縫形式，在此我們將其歸納為三種，一種是斜裂縫，一種是水平裂縫，一種是豎向裂縫。以下將對這三種裂縫逐一進行分析。

    1.1斜裂縫

    磚混結構中斜裂縫的形式一般有三種。一種是正八字形裂縫，第二種是倒八字裂縫，第三種是正八字裂縫和倒八字裂縫同時出現，形成x形裂縫。此種裂縫一般出現在頂層建筑物兩端2～3個開間內，嚴重的會延伸至5～6個開間甚至更長，還有的會延伸到下一層而出現類似的斜裂縫。裂縫多出現在縱墻上，尤以外縱墻為甚，局部橫墻也會出現類八字裂縫。裂縫出現的一般規律是：兩端重，中間輕；向陽面重，背陰面輕；上部重，下部輕。大多數裂縫通過洞口角部伸展，房屋兩端總體成對稱狀。

    1.2水平裂縫

    水平裂縫大多出現在山墻上，有些房屋的縱橫墻上也會出現。常見部位為頂層樓板、圈梁下或在女兒墻的根部。屋面砼構件與頂層墻溫度變形(升溫時)差異大時，在山墻1／2高度處的里側也會產生明顯的水平裂縫。在外縱墻的洞口上部有時也會出現水平裂縫。裂縫的某些特征同斜裂縫相似。另外在有些低層房屋的窗臺位置也會出現水平裂縫。

    1.3豎向裂縫

    各層窗臺的豎向裂縫多發生窗洞下部窗臺墻上，并具有上大下小的特點。底層窗臺墻的豎向裂縫多數開展至勒腳處，嚴重者則發展至地圈梁及散水面。

2、溫度裂縫產生的原因

    砌體溫度裂縫主要是由于房屋長時間受陽光輻射，使屋面板的溫度比墻體的溫度高出很多，在炎熱的夏季甚至高出兩倍左右。但即使在溫度相同的條件下，鋼筋混凝土的線膨脹系數也為磚砌體的兩倍，因此屋蓋的膨脹變形遠大于墻體，兩者變形不協調，結果屋面板的變形對墻體產生很大的水平推力，從而使墻體與屋面的接觸面受剪。當應力大于墻體強度時，墻體就產生裂縫(包括水平、垂直及斜裂縫)。對于平面為矩形的建設物來說，房屋兩端第一、第二開間墻體承受的溫度應力最大，墻體裂縫也較嚴重，因此墻體溫度裂縫一般為兩端重、中間輕，向陽重、背陽輕。

    在磚混結構中，混凝土屋面可承受的溫度一般為50qC左右，而磚砌體可承受的最高溫度一般為30℃左右。因此屋面與墻體的溫差可達20℃左右，再加上鋼筋混凝土的線膨脹系數比磚墻大一倍(鋼筋砼a=10x10-6，磚砌體α=5X10-6)，這樣便使屋蓋的膨脹比墻體大許多，屋蓋在變形過程中產生很大的推力，作用在墻體頂端的水平推力使墻體與屋蓋的接觸面處受剪，水平剪力和屋蓋、女兒墻等的垂直壓力構成墻體的雙向應力。當主拉應力大于墻體的抗拉強度時，墻體就會出現裂縫。沿墻體分布的剪應力大致是兩端最大，中間為零。由于頂層端部正應力較小，其主拉應力接近于剪應力，則可能引起斜裂縫，而洞口角部應力集中，又易形成八字形裂縫。

    當溫度升高時，屋蓋膨脹產生裂縫；與此相反，當屋蓋產生較大的收縮時，與之相連的砌體便可能產生倒八字裂縫，而當屋蓋熱脹冷縮的變形均較大時，在砌體的同一部位則可能同時出現正倒八字裂縫，兩者疊加形成X形裂縫。一般情況下，當正(倒)八字裂縫形成后，另一方向的倒(正)八字裂縫便很難形成，因此在工程中x形裂縫比較少見。

    而對于砌體中出現的水平裂縫，也是由于屋蓋的溫度變形大于砌體的變形，屋蓋下砌體產生的水平剪力大于砌體的水平抗剪強度引起的，并大多從窗洞口開始發展。

    近年來，有文獻*定量研究出了由于溫度變化引起砌體結構產生裂縫的原因。由于在建筑物頂層端部垂直壓力很小，假定此區域的主拉應力等于最大剪應力：

    σ=τmax=CxaT／β*thβL／2

    β=(cχt／bhE5)1/2

    其中：

    th——雙曲正切函數

    Cχ——水平阻力系數，鋼筋砼與磚墻相互作用時取0.6N／cm2，當頂板與墻體材料不同時，aT=a2T2-α1T2；

    α1——墻的線膨脹系數；

    α2——頂板的線膨脹系數；

    T1——墻的溫差；

    T2——頂板的溫差；

    T——房屋長度；

    t_墻厚；

    h——頂板厚度；

    b——墻體負擔頂板寬度，對于外墻可取檐口力至相鄰兩墻間距的中心線間的距離；

    E1——砌體的彈性模量。

    下面舉例分析在不同參數下Τ值的變化情況。各參數取值如下：αl=5xlO-6；α2=lOxlO-6；Tl=30℃；T2=50℃；τ=240mm；h=80mm；b=2900mm；E5=1547N／ mm2。計算結果見表1。

表1  不同參數下剪應力的變化情況

    從表l可以看出，墻體的剪應力與溫差、水平阻力系數、建筑物的長度等因素有關。根據計算結果不難發現，建筑物的長度與最后τ值大小影響不大，由于計算公式中并未考慮砼的干縮等因素的影響，因此建筑物的長度對裂縫的影響也不能忽視。而τ值卻與溫差成正比，溫差成了影響裂縫的最主要的元素，因此降低溫差是減小裂縫最有效的方法。

    從表l還可以看出，在舉例條件下計算得到的剪應力τmax是很大的，而由現行砌體設計規范可知，在砌筑砂漿強度等級≥Ml0時，磚砌體沿水平通縫的抗剪強度設計值僅達0．17MPa，故在頂層墻端很易產生溫度斜裂縫是不難理解的。

3、結構設計中常被忽略的問題

    3.1建筑平面設計常常因受地形限制或造型需要而設計成“L”、“Y”、“鋸齒”形等復雜的幾何形狀，外墻不在同一平面上。溫度變化時轉角位置墻體要承受很大的雙向水平推力，若結構設計未采取加強措施，易導致墻體產生溫度裂縫。

    3.2房地產開發商為增加樓房賣點，要求商住樓設計成錯層形式。溫度變化時屋面板的變形對錯層和閣樓層的墻體產生很大的水平推力，若結構設計在錯層和閣樓位置但未采取任何加強措施，也會導致墻體產生溫度裂縫。

    3.3屋面板采用現澆形式，中間不設變形縫。樓板越長，產生的溫度變形累計值越大，產生溫度應力也越大(特別是屋面兩端)。但結構計算時僅考慮豎向力而溫度應力則常常被忽略掉。

    3.4選用磚、砂漿強度僅考慮砌體的豎向承載力和水平地震作用，而溫度應力引起的剪應力和變形則很少考慮。越到頂層強度等級越低，與之恰恰相反是砌體結構頂層墻體因受溫差影響而產生的剪應力是最大的。

    3.5在磚混結構設計中構造柱應如何設置，抗震等相關設計規范僅對抗震設防時作了明確詳細的規定，而對溫度變化影響時則沒有具體的設計條款。因此，不少設計者常常是僅重視結構的抗震性能而忽略了實際存在的溫度應力。由于房屋外墻轉角和窗間墻部位參與抵抗側向應力的墻體截面面積較小，而結構設計上又未采取適當的加強措施，在溫度應力作用下，這些薄弱部位常因構件的抗拉或抗剪強度不足而開裂。

4、設計控制措施

    磚混結構溫度裂縫是普遍存在的現象，由于其潛在的危害性，因此早已引起人們的關注。根據多年的工作實踐，對目前建筑結構設計中常存在的一些問題，提出幾點改進意見：

    4.1在設計時，應注意調整樓房高度，盡量使屋面的標高一致。對于錯層的房屋宜有錯層部位所有縱橫墻相交處設置墻構造柱。

    4.2設置圈梁是抵抗溫度裂縫的有效辦法。圈梁與構造柱相連接，形成約束各片墻體的縱向和橫向框格，使墻體保持一個整體的箱形結構，改善了砌體的受力性能，提高了砌體的抗裂能力。屋面圈梁宜沿每道墻體設置，避免采用半圈梁引起應力集中，其余各層圈梁按規范要求設置。

    4.3使用微膨脹混凝土可提高結構抵抗溫度裂縫的能力。混凝土在微膨脹時受到鋼筋的約束而使鋼筋混凝土中產生了混凝土受壓、鋼筋受拉的預應力狀態。當鋼筋混凝土收縮，結構中混凝土原有的預壓應力及鋼筋的預拉應力就會釋放一部分，使混凝土的應力仍保持原有的壓應力為零。由此可見，只要微膨脹混凝土的配合比較合適，施工養護好，使用微膨脹混凝土可以避免或減輕屋面板溫度裂縫的產生。

    4.4在屋面設置縱橫向分隔縫將整個屋面劃分成若干個長度較小的獨立單元，以減小屋面板的總變形值。橫向分隔縫宜每隔三個開間設一道，橫向進深大于 lOm時宜在屋脊處設一道縱向分隔縫，分隔縫寬20mm，采用油膏或瀝青麻絲嵌縫。

    4.5在溫度作用下，屋面板的變形從中問向兩端逐漸增大，墻體兩端所承受的剪力是最大的。由此可見，房屋頂層兩端是溫度裂縫多發地帶，因此應對屋面兩端的墻體進行重點加強。由于鋼筋混凝土構造柱的抗側剛度約為磚構造柱的抗側剛度的六倍，因此，在第一、第二開間所有縱橫墻相交處設置“L’、“T”型構造柱，并在大于3.Om的墻段增設墻中構造柱，使墻體的抗裂能力得到進一步的加強，溫度裂縫相應地也得到有效的控制。

    4.6砌體的抗拉、抗剪強度與砌體砂漿的強度成正比。因此，提高頂層砌體砂漿強度是提高砌體抵抗溫度應力，減少溫度裂縫的經濟、有效的方法。頂層砂漿的強度不宜低于M5.0，磚強度不宜低于MUl0，同時磚砌體厚度不宜小于240mm。

    4.7減小屋蓋與墻體的溫差是控制溫度裂縫的關鍵，因此，屋面設計必須按規范要求采取隔熱保溫措施，如設置架空層等。

5、結束語

    大量的工程實例表明，在進行磚混結構設計時，只要從建筑平面造型、結構布置、構造措施及砌體強度等方面綜合考慮溫度對房屋的影響，并針對不同的溫度裂縫對薄弱部位采取相應的結構加強措施，同時嚴格控制施工質量，磚砌體房屋的溫度裂縫是可以避免或有效控制的。

參考文獻：

[1]王鐵夢《建筑物的裂縫控制》

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)