作者结合近几年检测、鉴定中的实际经验,对砖混结构房屋温度裂缝产生、发展的机理进行论述,同时对其防治措施进行探讨。
[关键词]温度裂缝 砖混结构
1 引言
作者通过近五年对已建房屋的检测、鉴定工作发现,砖混结构房屋顶层的墙体、门窗洞口角部以及屋面的女儿墙等部位普遍存在因温度应力而产生的裂缝。工程中,我们称这种因温度应力而产生的裂缝为温度裂缝。温度裂缝的存在不仅影响了房屋的外观质量和耐久性,而且严重者还会影响到房屋的正常使用。在此,作者结合检测、鉴定中的一些实际经验就砖混结构房屋温度裂缝产生、发展的原理、温度裂缝的特点和裂缝形态进行论述,同时对其防治措施进行探讨。
2 温度裂缝产生的机理、特点及其裂缝形态
2.1 温度裂缝产生的机理
温度裂缝的产生原因为温度变形。砖混结构房屋中混凝土的线膨胀系数为
12×10-6/℃,砖墙的线膨胀系数为6×10-6/℃。当温度升高时,砖墙和楼、屋盖均将产生伸长变形,由于钢筋混凝土楼。屋盖的温度变形大,砖墙的温度变形小,且楼、屋盖和墙体间不能产生相对滑移,导致砖墙阻碍楼、屋盖的伸长,从而在砖墙内产生除自身因伸长变形产生的拉应力外的附加拉应力和剪应力,且由于混凝土的抗拉和抗剪强度均高于砖砌体的,故墙体内的主拉应力**超过砖砌体的抗拉强度,从而在墙体内产生斜裂缝。反之,当温度降低时,在钢筋凝土构件内和砖墙内将产生压应力和剪应力,由于砖墙和混凝土的抗压强度较高,一般很难出现温度裂缝,在实际的工程中也很难发现此种类型的裂缝。
2.2 温度裂缝的特点
(1)顶层重其余层轻。由于屋面受外界温度影响较大,且顶层墙体对混凝土构件的约束较小,故顶层温度裂缝较重。其余层楼板位于室内,一年内温度变化不大,且由于上部墙体传下的竖向荷载增大了混凝土构件伸长变形时的摩擦力,故下部楼层轻,甚至不出现温度裂缝。作者通过近几年的检测、鉴定发现,六层砖混结构房屋的温度裂缝主要集中于四至六层,且温度裂缝的严重层度由顶层向下面层存在递减现象,下面的楼层很难发现温度裂缝。
(2)端单元重中间单元轻。当屋面受温度变化产生变形时,屋面板及圈梁的变形形态为:以中心点为基点向纵横向伸展。沿房屋的纵向,屋面板和圈梁所产生的变形累加至端单元才得以释放,因此,端单元墙体承受的温度应力**大,故沿房屋纵向,温度裂缝的特点为端单元重,中间单元轻。房屋横向,端单元山墙除承受屋面板变形产生的应力外,还要承受墙体内的圈梁由于阳光的直接照射产生的温度应力,故山墙的裂缝宽度要大于内横墙的裂缝宽度。作者在检测、鉴定中发现,若一道内横墙出现温度裂缝,其余内横墙一般均存在,相同的墙体的裂缝位置和裂缝宽度基本相同。
(3)裂缝宽度随外界温度的变化而变化。温度裂缝系温度应力所产生,由于外界温度随着季节的变化而变化,因此,墙体内的温度拉应力和压应力也会随着温度的变化交替变化。从而导致墙体裂缝随着墙体内拉应力和压应力的交替出现而增大和减小。
2.3 温度裂缝出现的位置及其形态
温度裂缝主要出现于受温度变化较大的墙体和墙体变截面处,如外墙和门窗洞口等位置,有时内墙也出现温度裂缝。
温度裂缝的典型形态为斜向通透裂缝,裂缝一般自预制板拼缝处或预制板与现浇板交接处为起点斜向下延伸,裂缝中间处宽度稍大,当墙体有门窗洞口时,裂缝出现于门窗洞口两对角,且洞口角部裂缝宽度较大。
冬季施工的房屋,两端单元的纵墙的裂缝呈正“八”字形态,夏季施工的房屋,理论上两端单元的纵墙应出现倒“八”字形态的裂缝,但由于夏季施工的房屋,当温度变化时墙体处于受压状态,一般很难出现裂缝。横墙出现裂缝时,裂缝形态基本一致,裂缝自墙体顶部与顶板交接处斜向下延伸,对于同一道山墙的两端,裂缝呈正“八”字。
屋面女儿墙温度裂缝的形态表现为在女儿墙根部出现水平裂缝,即屋面板受温度变化产生膨胀推动女儿墙外移。当女儿墙顶部设有混凝土压顶时,女儿墙受混凝土压顶伸长变形时产生的拉应力的影响,沿女儿墙四周会产生多条竖向通透裂缝。
3 影响温度裂缝的因素
温度裂缝除受到外界环境温度的影响外,房屋的设计、施工、圈梁的位置以及保温层的厚度等因素对裂缝的产生和发展都有不同程度的影响。
设计作者对近几年检测、鉴定的砖混结构房屋比较、总结发现,76年前建造的未设圈梁的房屋很少发现温度裂缝,即使存在,裂缝宽度也较细小(不排除施工质量好的因素)。增设圈梁增加了房屋的抗震能力,但也产生了负面影响——促进了温度裂缝的产生。不仅如此,圈梁设置的位置对温度裂缝的产生也有较大的影响,圈梁外露的房屋的温度裂缝要重于圈梁隐蔽的房屋,其原因为:当圈梁直接暴露于大气中时,受外界环境温度的影响,外露的圈梁的温差要大于隐蔽的圈梁的温差,从而外露的圈梁在砖墙内产生的温度拉应力也大,导致房屋温度裂缝严重。
施工质量施工质量好的房屋的温度裂缝要轻于施工质量较差的房屋,其主要原因为:砂浆饱满。强度符合设计要求、砌筑质量好的房屋的整体性及墙体抗温度拉应力的能力也强。如:北京市延庆县某砖混住宅楼顶层墙体温度裂缝宽度**大值近10mm。这是作者检测、鉴定中遇到的温度裂缝宽度**大的房屋。检测发现,该房屋虽然保温层厚度低于设计要求,但实际厚度小于设计厚度不多。现场又对该房屋顶层墙体砌筑砂浆强度及墙体砌筑质量进行了检测,结果为砂浆强度等级不足M1.0,砂浆强度离散性大,且墙体内砂浆不饱满。通过分析鉴定,该房屋除屋面保温层厚度小于设计要求对温度裂缝的产生和发展有促进作用外,墙体施工质量差是该房屋温度裂缝重于其它房屋的主要因素。
屋面保温层的厚度同前面提到的房屋的设计和施工质量比较,屋面保温层的厚度对温度裂缝的产生和发展起着**直接的作用,当屋面保温层厚度小于设计要求时,房屋**直接的反映就是出现温度裂缝。作者通过对一系列存在温度裂缝的砖混结构房屋的检测发现,存在温度裂缝的房屋的保温层厚度普遍小于设计要求,保温层厚度低于设计要求越多者,温度裂缝也就越严重。目前,北京地区屋面保温层材料普遍采用的是聚苯板,此种材料虽然存在重量轻且保温好的特点,但抗压强度较低、压缩性大。施工时,施工人员的踩压及屋面作法的自重均会导致屋面保温层变薄,从而导致保温效果降低,致使墙体产生温度裂缝。
4 防治温度裂缝措施的探讨
根据上面的探讨,温度裂缝的产生系外界环境温度变化时混凝土构件的伸长量大于砖砌体的伸长量,致使砖砌体受拉和受剪所致。要杜绝温度裂缝的产生或减小温度裂缝的危害,就必须降低混凝土构件受外界温度变化时的温差或减小混凝土构件产生伸长变形时砖砌体对混凝土构件的约束。改善屋面保温层改善屋面保温层,增加屋面的保温效果对于减小温度裂缝的产生起着**直接的作用,具体可采取如增加保温层厚度,在屋面设置隔热层或架空层等措施。作者曾对民航系统某单位数栋新建砖混结构房屋进行过检测,建设单位为防治温度裂缝的产生,在屋面作了一道隔热层,效果非常明显,这几栋房屋的顶层均未出现温度裂缝。再如通州区某单位有一栋砖混住宅楼,顶层出现温度裂缝后,建设单位采用灌胶方法进行了封闭处理,但封闭后沿原位置又再次出现裂缝,如此反复几次,建设单位采用我单位提出的改善屋面保温层作法增加屋面保温层厚度的方案,封闭后的温度裂缝在未出现开裂现象。
混凝土构件与砖砌体之间设置滑动层。在不破坏房屋结构和受力的情况下,在混凝土构件和砖砌体之间设置滑动层,保证温度变化时混凝土构件和砖砌体的自由变形。有的地区采用了在混凝土构件和砖砌体之间铺设油毡的方法,效果较明显。
设计和施工设计上应尽量做到使混凝土构件不直接暴露在大气中,减小其温差的变化。当采用抗压强度低的保温材料时,设计中应考虑到施工荷载和施工人员的踩压造成的保温层厚度减小的影响。对于外露的圈梁可考虑在圈梁的外侧做一层保温层或采用隔热效果较好的材料。对于设有现浇混凝土压顶的女儿墙可考虑在压顶中均匀的设置伸缩缝等措施,对于楼、屋盖也可考虑设置伸缩缝或在楼板拼缝处采用强度高、伸缩性好的柔性材料代替拼缝处的混凝土或砂浆。除上述措施外,好的施工质量能起到提高房屋整体抵抗温度应力的能力,施工中应尽量做到墙体砌筑砂浆饱满、均匀。强度符合设计要求。
5 温度裂缝的处理措施
处理温度裂缝的传统方法为采用玻璃胶或环氧树脂等柔性材料灌缝封闭。由于温度裂缝宽度随外界温度的变化而变化,此方法起不到根治温度裂缝的目的。为达到根除温度裂缝的目的,必须改善屋面保温层后在对裂缝进行封闭处理,对于裂缝宽度较大,已影响到房屋的耐久性的,须采取加固补强处理。
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