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墻體裂縫的分析研究及控制措施

墻體裂縫在各種結構型式的建筑墻體上都有出現(xiàn)。裂縫的種類可分為三種:靜止裂縫,活動裂縫和正在發(fā)展的裂縫。靜止裂縫由過去的事件引起的如干燥收縮,并且不會再發(fā)生,它們的寬度保持穩(wěn)定,而且可以通過填入剛性材料來修補?;顒恿芽p的寬度不能保持穩(wěn)定,隨著結構的荷載或者溫度、干濕的變化時開時合,比裂縫一般不貫穿墻體,僅在墻面抹灰層上,外墻面裂縫比內墻面多,裂縫開展方向、數量沒有規(guī)律,危害性不大,主要影響美觀,造成使用者心理上的不安全感,嚴重的會引起墻體返潮、滲水等從而影響建筑物的使用功能。正在發(fā)展的裂縫的寬度在時時增加,因為促使裂縫產生的原因一直存在,如建筑物基礎的不均勻沉降,比裂縫一般貫穿墻體,比較有規(guī)律,危害性很大,引起墻體嚴重滲水、灌風等以至影響建筑物的使用功能,更為嚴重的會引起建筑物突然破壞、倒塌,造成嚴重事故和財產損失,必須加以控制盡快修復。
1 ?墻體裂縫的成因分析
建筑物墻體一般由三部分組成:一是磚砌體或鋼筋砼墻;二是建筑砂漿抹灰層;三是涂料飾面層或面磚飾面層或花崗巖裝飾面層。本文研究的對象為磚砌體,建筑砂漿抹灰,涂料飾面層外墻體。
1.1 墻體裂縫的成因分析
產生墻體結構裂縫的外部荷載為風荷載、地震動荷載、溫度變形應力、不均勻沉降、人為荷載等。
建筑物(本文指地面上建筑物)可以認為是固結在地面上的垂直懸臂結構,或者是凸出地面上的水平懸臂斜拉結構或者是簡支梁,外墻體即為組成以上結構的面層材料。
建筑物受水平荷載,如受風荷載和地震動荷載作用時,我們可以把它們?yōu)榇怪睉冶劢Y構來分析。為了進一步清楚分析,當C1≤B時(C1為水平集中荷載距地面高度,B為建筑物寬度),可視其為牛腿,當C1>B時,可視其為懸臂梁,這樣簡化后,不難看出,由水平荷載作用產生的墻體結構裂縫現(xiàn)象就不難分析了。借鑒已有的對牛腿、懸臂梁受力產生的裂縫實驗分析成果,可以較清楚地分析受此種力而產生墻體裂縫。
建筑物受垂直荷(如自重、層面結構溫度變形應力)作用時,可視其為一端固定,另一端為自由端的柱。當建筑物由于地質條件和荷載作用產生非均勻沉降時,可視其為水平懸臂斜拉結構,沉降少的一端(或者不沉降的一端)為固定端,沉降大的一端為懸臂結構,這種懸臂結構可視為牛腿,如果中間沉降較大,可視其為簡支梁,同樣可借鑒已有的對牛腿、柱、簡支梁受力產生的裂縫實驗分析成果,較清楚地分析受此種荷載而產生的墻體裂縫。
由此可以看出,墻體結構裂縫的產生本質上是由于建筑物抗彎、抗剪、抗壓、抗拉能力不足引起的。是一個力學問題。換句話說,墻體結構裂縫產生,一是受外部荷載作用,二是自身抵抗外部荷載能力不足;這兩者結合是導致不可避免產生結構裂縫的根本原因。
1.2 表面裂縫成因分析 ?
本部分主要是研究建筑砂漿抹灰層的墻體表面裂縫。建筑砂漿包括水泥砂漿和混合砂漿兩類。一般由水泥、水、砂,或者石灰(包括摻和料等)按一定配合比組成。水泥和水在凝結硬化過程中,硬化成水泥石把砂粘結在一起。
(1)建筑砂漿的應力——應變曲線及破壞機理
建筑砂漿在強度除與原材料本身強度有關系外,還與水泥、水及砂之間配合比有關,特別是水泥用量及水灰比的大小具有重要的影響。
建筑耗資是非勻質的合成材料,它的應力應變關系及破壞過程是很復雜的,建筑耗資應力應變關系為曲線(在一定應力的范圍內,約極限強度60%范圍內為直線)。硬化了的水泥漿其應力應變關系近似直線。建筑砂漿具有非彈性性質。
建筑砂漿由于水泥石的收縮作用,在砂和水泥石結合面上就形成了局部的微細裂縫(結合面裂縫),在受力以后,這些裂縫的兩端形成拉應力集中,裂縫就能進一步擴展延伸。裂縫的護展延伸可用斷裂力學理論定性地加以解釋。同等應力條件下,建筑砂漿比硬化的水泥漿應變要小。裂縫首先在大粒徑砂料面上擴展延伸。開始時,擴展延伸進行比較緩慢,當應力達到一個臨界值時,裂縫開始快速擴展,并由結合面延伸入水泥石,然后這些裂縫就逐步連續(xù)起來。裂縫全部連續(xù)就形成了平行于受力方向的裂縫。建筑砂漿的非彈性應變,實際上主要就是這些內部裂縫的逐步增加和擴展所致。實際施工的建筑砂漿由于砂的含泥量客觀存在,在砂和水泥石的結合面就形成了較弱面層,自然產生了結合面裂縫,并成為加劇表現(xiàn)裂縫快速形成的原因。
(2)建筑砂漿的變形。
建筑砂漿面層的變形有兩種。一種是由外部荷載產生的變形;一種是由溫度、干濕引起的變形。建筑砂漿的應力應變關系為曲線,屬于彈塑材料。加載卸去后可恢復部分為彈性應變,不可恢復部分為塑性應變。建筑砂漿在重復荷載作用下,循環(huán)一定次數后應力應變曲線接近為直線,但應力超過某一限值時,又會重新變彎,而且應變越來越大,很快就破壞,這個最大應和值稱為疲勞強度。
建筑砂漿在荷載長期持續(xù)作用下,應力不變,變形也會隨著時間而增長,稱為徐變。建筑砂漿的變形由于受外界約束面保持不變,則其內部將會隨時間的增長降低,稱為應力松馳。徐變與應力松馳是一個事物的兩種不同表現(xiàn)方式。
建筑砂漿受拉比受壓極限應變更小得多。影響建筑砂漿極限拉伸值因素很多,養(yǎng)護條件就是一個有較大影響的因素,潮濕養(yǎng)護的受拉極限應變可比干燥存放的要大,采用高標號水泥可提高極限拉伸值,水泥用量不變時,增大水灰比,會減少受拉極限應變。
應該注意,建筑砂漿的抗裂性并非只取決于極限拉伸值一種性能,還與其收縮,徐變等其它因素有關。因此需從各方面綜合考慮。
溫度變形引起開裂,由于面層薄,傳熱快,溫度變形一般引起建筑砂漿和磚砌體面上開裂、空鼓,可能形成抹灰面層貫穿的裂縫。外界溫度變化時,建筑砂漿會產生干縮與濕脹,濕脹系數比干縮系數要小得多,而且濕脹常產生有利的影響,但干縮會引起表面裂縫,并成為裂縫進一步開展的原因。養(yǎng)護條件及相對溫度是影響干縮的主要因素。水泥用量越多,收縮也越大;水灰比大,收縮也就越大。因此應盡可能加強養(yǎng)護不使其過快。根據裂縫成因機理,干縮表面裂縫一般來說,較細密,不會貫穿墻體。綜上所述,經現(xiàn)場調查分析表面無規(guī)則裂縫主要為干縮裂縫,面層貫穿且較粗的縫為溫度縫,墻體貫穿縫為結構裂縫。
2 墻體裂縫形成的實際原因
2.1 設計方面的原因
(1)高低形建筑物未設沉降縫,并因地基發(fā)生不均勻沉降而使墻體產生受剪和斜拉作用;(2)建筑物荷載在基礎平面上分布不均勻,或者樁基受載大小不均勻,引起結構變形和地基發(fā)生非均勻沉降;(3)基礎型式和結構設計不當,結構本身強度和剛度較低;(4)建筑物高寬比太大,即長細比太大,整體剛度不足;(5)建筑物過長未設伸縮變形縫;(6)底層和頂層結構整體強度和剛度差;(7)框架結構構件聯(lián)系不當。如陽臺(或挑臺)砼壓頂(或扶手)錨入加氣塊墻體內不當。此處應設構造柱使之聯(lián)系;(8)框架結構柱距過大,按規(guī)范兩柱之間應設構造柱而未設,填充墻層高過大應設拉結梁等而未設;(9)建筑材料組合設計不當;(10)荷載分析不全,設計把關不嚴,構件強度和剛度不足或局部失穩(wěn)。
2.2 施工方面的原因
(1)未按規(guī)范規(guī)程施工,施工程序方法和工藝不當且施工質量差;(2)基礎地質條件不均勻,施工處理不當,引起建筑物非均勻沉降;(3)混凝土早期強度受損;(4)砂漿標號太低,粘結力差,墻體整體性不強;(5)磚砌體組砌方法不正確,如通縫接槎不合要求等,使建筑物整體性較差;(6)施工時應設拉結筋或鋼絲網片而未設,或設置時不合規(guī)范化,或者錨固不牢,使墻體不能形成整體,成為各塊分離的獨立式墻體;(7)混凝土施工質量和維護保養(yǎng)差,使混凝土實際強度等級降低。
2.3 環(huán)境材料和管理方面的原因
(1)鄰近建筑物的基礎施工或其設備機械振動引起建筑物基礎沉降而開裂或使結合面裂縫(包括收縮縫等缺陷裂縫)擴展延伸;(2)地下水位變化,引起地基下沉而使墻體開裂;(3)環(huán)境溫差引起墻面開裂;(4)因建筑物群體引起氣流或者是大風挾雨水對墻體經常性沖擊荷載;(7)柔性好的結構,因局部受壓過大,使梁和柱某處或多處出現(xiàn)鉸結,造成結構特性發(fā)生變化(或者超靜定次數減少)結構變形很大;(8)施工過程中設計變更不當,尤其是改變建筑物使用功能,顧此失彼而引起的墻體開裂;(9)未嚴格對項目進行全面質量管理,交底不明,把關不嚴,措施不力引起施工質量差。
3 墻體裂縫的控制措施
影響墻體開裂因素很多,以成因機理可分為兩類:一類為結構裂縫;另一類為表面裂縫??刂妻k法是針對這兩類裂縫產生原因,業(yè)主從設計角度,施工角度,對工程建設全過程用系統(tǒng)過程管理方法進行予控。
3.1 從設計角度予控
設計單位應主要解決結構裂縫,這種外力產生結構裂縫一般可通過設計單位精心設計較好地解決。
(1)增強建筑物結構強度與剛度,使之整體堅固、抵抗外力,即使有外力作用也應控制其應力,通過結構徐變,達到應力盡可能消除,使墻體因外力產生的應力在墻體材料允許應力范圍內或是因應力松馳使產生裂縫閉合,然后修復。重點解決非均勻沉降產生的應力和溫度變形引起的變形應力。增強底層結構強度與剛度,抵抗沉降變形應力,重點解決出墻端頭兩個單元窗周45度斜裂縫,建議窗臺處設置通長(60厚×墻體寬度)抗裂變形鋼筋混凝土梁,此梁通長至兩端框架柱或者構造柱,配筋4Φ8分布筋為Φ6@250或2Φ8通長鋼。
(2)增強頂層結構強度與剛度,抵抗溫度筋網片。變形應力,重點解決山墻端頭兩個單元窗用45度斜裂縫。建議窗頂過梁拉通伸至兩框架柱或構造柱內?;蛘叽岸磧蓚燃訕嬙熘?。
(3)基礎受力應均勻,建筑物重心和基礎形心應重合。樁基每根樁受力應一致。地質水文條件和周邊環(huán)境應調查研究透,基礎形式和結構形式要合理。
(4)高低形建筑應設沉降縫,建筑物過長應設溫度變形縫。
(5)防止外墻部分懸挑構件,因與主體結構聯(lián)系不當,而產生細小裂縫。
(6)框架結構陽臺混凝土壓頂或鋼扶手與墻體聯(lián)系處應設構造柱。
(7)框架結構無煙灶臺、窗懸挑板或雨蓬等墻體懸挑構件應通過梁(或柱)與主體結構聯(lián)系在一起。如果聯(lián)系構件是梁,則梁兩端必須與框架柱或構造柱聯(lián)系在一起。
(8)懸挑處屋頂山花(高出屋面較高)結構設計應既考慮滿足平穩(wěn)要求,又要考慮與主體結構聯(lián)系,防止因為水平力引起的墻體開裂。
(9)框架柱距過大,尤其山墻處,應在兩柱中設構造柱。
(10)應控制建筑物高度和寬度之比,即建筑物長細比不能太大。
(11)磚混結構構造柱設置應合理,數量不應太少。
(12)選用涂料飾面應選用延展好的涂料。
3.2 從施工角度予控把關
從施工角度解決墻體裂縫是最直接也是最有效和最終的解決方法,費用相對比較經濟。
(1)墻體施工均應按規(guī)范、規(guī)程和設計要求精心施工,達到質量標準要求。
磚和砂漿標號應滿足設計要求。磚在砌筑前要濕水,磚體轉角處和交接處,尤其內外墻體的交接處,應同時砌筑。對不能同時砌筑的,對必須留置的臨時間斷處,應砌成斜槎,斜槎的長度不應小于高度的2/3。對留置斜槎有困難且要留置直搓以及構造柱兩側應加設拉結筋,拉結筋必須按規(guī)范和設計要求設置,錨固必須牢靠。磚墻砂漿飽滿度要高。據唐山地震調查表明,房屋的破壞一般發(fā)生在內外墻的接槎處,而這些破壞多由于施工時留置直槎而且施工質量很差,砌筑砂漿不飽滿所引致的。
(2)確保面層與砌體的結合牢固。消除結合面縫。砌體抹灰前要清理,并且墻面澆水要透和勻;加氣塊砌體還應刷107膠。
面層施工工藝、方法要當,工期不能搶,質量要好。首先要選用好水泥和砂,外墻應選普通硅酸鹽水泥,砂的雜質和含泥量要少,顆粒應符合要求,力求消除砂漿自身結合面縫。磚混結構墻體面層可以二道成活,但框架結構宜三遍成活,厚度25為宜,每層抹灰施工完成后應澆水養(yǎng)護,并間隔一定時間(不少于7天)再抹下一層灰,且抹灰前,其上面一層要澆水濕潤,為消除結合層裂縫,應刮水泥漿(水灰比0.37~0.4)一遍,刷107膠也可,并應修復封閉已產生的干縮裂縫,以使兩層結合牢固,面層施工完后應養(yǎng)護不少于3天。抹灰建筑砂漿宜摻加杜拉纖維等增強材料。
(3)基礎施工質量符合規(guī)范和設計要求?;A施工程序、方案,要進行論證。土方堆放,或臨時建筑物與材料設備要盡可能離基坑遠些,減少其對基底產生的附加應力?;A驗槽、驗樁應仔細認真。嚴格控制基礎施工質量。隱蔽工程刻錄要真實、準確。基礎結構混凝土強度等級應達到設計強度70%后,再進行上部結構施工,防止其早強受損產生細小裂縫,影響其抵抗荷載變形能力。
(4)上部結構施工質量應符合規(guī)范和設計要求。樓板、過梁、連系梁支座處應座漿。座漿采用1:3水泥砂漿,厚取20mm,這樣可增強建筑物整體剛度。
(5)對鋼筋混凝土梁板,施工時要防止踩陷負筋。鋼筋搭接長度、錨固長度應符合規(guī)范要求。
(6)混凝土施工質量要嚴格控制,確保達到設計要求。模板要清理、修整或更新,并且支撐牢固,嚴格控制水灰比和骨料級配。防止早強受損并注意維護保養(yǎng),且拆模不宜過早。拆模時間應以其同條件養(yǎng)護的試塊試驗結果為依據。
4 結束語
  綜上所述,要解決墻體裂縫必須要分類進行綜合分析,找出裂縫發(fā)生的成因,從而在設計和施工全過程中,系統(tǒng)地加以予控把關,方能有效地減少或消除墻體裂縫的產生,才能真正保證建筑物的質量。