框架结构填充墙裂缝成因分析

付光旭　李　峰　李　旺　尚　凯

摘 要:本文通过对框架结构填充墙体裂缝的特点及成因进行分析,更进一步的阐述了其影响因素。

关键词:框架填充墙;温度裂缝;干缩裂缝;裂缝成因

1 引言

长期以来,实心黏土砖一直是我国墙体材料中的主导材料。但实心黏土砖的生产消耗了大量的土地资源和煤炭资源,造成严重的环境破坏和污染,在国务院的相关文件己明确提出相关城市限时禁止使用黏土实心砖的目标。大力开发与推广使用节土、节能、利废、多功能、有利于环保、符合可持续发展的新型墙体材料,特别是轻质、高效、保温、隔热、外观整齐、带有自装饰、施工方便快捷的新型墙体材料是各级政府和广大建筑科技人员的一项重要使命。随着轻型填充墙体材料在当前建筑中框架结构和框架一剪力墙结构中的广泛应用,轻质填充墙墙体材料不再使用传统的黏土砖,而是使用轻质高强和多功能的建筑材料,即属于新型建筑材料。但与此同时,随着新型建筑材料的广泛应用,随之而来的一系列问题也出现了,尤其是墙体的裂缝问题。有关填充墙裂缝这类建筑质量缺陷的投诉也越来越多,人们对轻质砌块这种新型墙体材料产生了怀疑。由于对轻质砌块缺乏了解,再加上许多粘土砖填充墙使用多年也很少出现裂缝,许多人认为是砌块本身存在严重的质量问题,对砌块的态度由欢迎变成了抵制,有些工程甚至又开始使用黏土砖。其实,砌块填充墙出现裂缝在世界上很多国家都普遍出现过,一些发达国家解决裂缝的主要方法是从生产质量方面入手,经过严格的砌块生产控制和有效的施工措施,这些国家已基本解决墙体裂缝问题。但在我国,填充墙体的裂缝问题仍然大面积出现,这个问题给消费者和设计施工单位带来很多负面的影响,有待彻底解决。故本文针对框架填充墙体裂缝特点、影响因素和成因进行探讨分析。

2 框架填充墙裂缝的特点及影响因素

在墙体中,由于诸多内在因素的影响,墙体内产生形式多样的内应力,这种内应力从墙体砌筑完成便已开始形成并一直会在墙体中发生变化。当变化过程中形成较大的内应力集中在墙体的某一部位,且该处的强度不足以抗衡时,该处则会产生裂缝并将这部分的集中应力逐步释放。砌体结构裂缝原因从客观上有两类:一类是由结构上的荷载作用引起的;另一类是由使结构发生变形作用引起的。由前者引起的称为荷载裂缝(或受力裂缝),由后者引起的称为变形裂缝(或非受力裂缝),这是两种性质截然不同的裂缝。

我们研究的框架填充墙裂缝属于变形裂缝。其原因是框架结构填充墙只承受墙体自重,不承担上部荷载,因此填充墙裂缝不属于受力裂缝。当出现结构材料硬化导致的体积变形、环境温湿度变化、地基沉降等非荷载因素影响时,墙体结构发生变形作用,当这种变形超出墙体的自身强度极限时,框架填充墙开裂。框架填充墙裂缝经常出现的部位有:①填充墙墙体与框架交接处裂缝出现的最多,尤其是墙头的两端部。据分析,墙体的温差应力在房屋两端部形成最大值。因此,在墙体的两端部最容易导致主拉应力破坏;②门窗洞口四角处也容易开裂;③墙体裂缝顶层和次顶层相对较多,端开间尤其严重。由于屋顶梁板热胀或冷缩时,会产生较小的运动,使得顶层横墙或纵墙沿墙顶支座处错动而形成通长水平裂缝。同时,顶板受热膨胀也会对山墙及女儿墙产生水平推力,从面产生水平裂缝;④在长墙体中间部位,不但边界出现裂缝,墙体中部亦出现竖向通缝;⑤总体上采用烧结砖(如黏土多孔砖、页岩烧结砖)的墙体裂缝比非烧结墙体裂缝少。

填充墙产生裂缝的影响因素,①墙体材料的影响。对于框架结构填充墙,可以把每一面墙所包含的梁柱门窗洞口和填充墙、抹灰层、外墙装饰层视为有机结合的一个整体墙。在这个整体墙当中,由于许多内在因素的影响,从而产生了形式多样的内应力,砌块干缩是其中主要因素。当砌块砌筑时,材料一般较湿,其后由于气候或使用条件而逐渐干燥,墙体水分排出而随之收缩。当砌块砌城墙后,体积的变化使其受到砂浆和其他构件的约束,形成内应力。这些内应力从墙体砌筑完成便已开始形成并一直在墙体中发生变化。当变化过程中形成较大的内应力并集中在墙体的某一部位,而该处的抗拉强度不足以抗衡的情况下,则会产生裂缝并将这部分的集中应力逐步释放。砌体材料的干、湿不稳定性也会产生裂缝。由于墙体材料大多是由粉煤灰、煤研石之类的材料压制而成的砌块,其内部空隙多,吸水率高,收缩变形大,其制品收缩率是传统烧结粘土砖的3倍以上。如加气混凝土砌块在自然堆积状态下,其含水率逐步降低的同时,砌块收缩变形,当含水率达到5%时,干缩变形才趋于稳定。干缩后的材料受潮后仍会膨胀,无水后还会干缩变形,只是干缩率有所降低。②温度影响。框架结构顶层屋面板和填充墙的接触面紧密结合。在太阳光的辐射下,建筑物内部会因此产生相应的温度应力。顶层的梁比墙体温度偏高,且钢混的线膨胀系数常大于砖砌体,二者的相对温差导致屋面板受压应力,墙体受拉应力,接触面上产生剪应力。当屋面板和墙体的自由变形差异较大时,通过摩擦阻力使墙体内主拉应力达到一定数量(抗拉强度)之后,便引起斜裂缝或剪应力水平裂缝。③地基不均匀沉降引起裂缝。一般情况下,当混凝土结构主体和基础刚度较大时,其抵抗地基沉陷的能力还是比较强的。但是地基处理不满足规范要求时,特别是在严重湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、盐渍土、软弱土等不良场地,仍时常产生地基沉陷(膨胀)裂缝。

3 框架填充墙体裂缝成因分析

内部因素两方面。外界因素包括温度、湿度、地基条件及各种外荷载等,内部因素有墙体材料性能、建筑物本身的特点及门窗洞口的位置与尺度、墙体整体性能等。对于框架结构填充墙,根据调查和试验分析结果可以得出,产生填充墙裂缝的主要原因有两个:一是温度变化,二是砌体干缩,以及二者共同作用产生的裂缝。以下就框架填充墙裂缝的两个主要成因进行分析。

3.1 温度变化影响

温度作用是一种变形作用。结构物在温度作用下会产生变形,若变形受到约束,会在结构内部产生约束应力。这种由温度作用而产生的应力称为温度应力。当某处砌体的温度应力超出了其抗拉抗剪强度极限值时,该处则会产生裂缝并将这部分的集中应力逐步释放。

温度的变化会引起材料的热胀冷缩。温度的变化会引起材料的热胀冷缩。当温度变化时,框架体系中的钢筋混凝土和砌体都会产生温度变形,但二者的线膨胀系数存在差别,钢筋混凝土变形不同步。在相同构件长度条件下,钢筋混凝土和砌体的钢筋混凝土和砌体的变形值相差两倍之多,二者变形不同步,相互之间就会形成一种约束力,当这种约束力超出了材料的强度极限范围时,不同材料之间就会产生集中应力释放,裂缝因此产生。

温度应力的产生与计算。温度应力产生必须具备两个条件:一是构件之间产生温差,二是变形受到约束。如果没有温度变化,材料就不会产生相应变形;如果变形不受到约束,变形就属于无任何约束的自由变形,因此材料只是伸长或缩短而己,其内部就不会产生温度应力。框架结构具有一定的约束力,在约束条件和砌体温度变形同时存在的情况下,建筑物将产生温度应力,该温度应力与温度的变化成正比。当作用于墙体的温度应力超过砌体的抗拉抗剪强度时,裂缝出现。顶层梁下墙体的开裂很多是都是这个原因。例如,炎热的夏日常使混凝土屋面结构处于高温状态,且混凝土线胀系数较大,发生较大的热胀变形,而屋面下的砖墙温度较低,且其线胀系数较小,发生较小的热胀变形,因其热胀变形差较大而产生混凝土屋面结构对砖墙的热胀推力;又如气温下降到低于成型温度时(砌体成型温度高),砌体又发生冷缩。裂缝工程实例表明:建成交付使用后的裂缝,往往是由季节性温差较大,炎夏砌筑的砌体到冬季寒潮来临时发生。

3.2 砌体的干缩

填充墙的干缩裂缝大多与采用墙体材料的收缩性能和结构约束条件有关,通常砌体收缩值和结构约束小的砌体,一般不易产生干缩裂缝。

材料收缩性能。砌体的收缩包括两个方面:一是非烧结砌块(如混凝土砌块)在结硬过程中的干缩;另一个是砌筑砂浆在结硬过程中的干缩。可知:烧结黏土砖砌体收缩率为-0.1 mm/m蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体和混凝土砌块砌体为-0.2 mm/m,轻骨料混凝土砌块砌体为-0.3 mm/m。因此,非烧结砌块砌体总是比烧结黏土砖砌体的材料收缩大,特别是刚出厂短龄期的混凝土砌体的收缩更大。

约束条件。对墙体的约束条件,也有局部约束和体系约束两种。前者为发生在两种材料的界面约束或纵墙与横墙相互间的约束,这种局部约束由温度收缩引起的竖向裂缝,其宽度约为0.2-0.3mm;后者裂缝发生在墙体截面受到削弱的窗上或窗下墙上,每层竖向墙体受到地基基础以及各层楼(屋)面的约束。当主要受各层现浇混凝土楼(屋)面约束,且具备两头楼(屋)面面积大,中间楼(屋)面面积小的条件时,不仅在中间面积较小的现浇混凝土楼(屋)面板上出现贯穿裂缝,而且其下的墙体中在相应部位也会出现竖向裂缝。这种体系裂缝宽度较宽,约为1.2-3.0mm。

结论

近年来,由于房地产行业的迅速发展,框架结构得到广泛应用。在我国,填充墙体的裂缝问题仍然大面积出现,这个问题给设计施工单位和开发单位带来很多负面的影响。本文针对这种情况,分析了框架结构填充墙体裂缝产生的特点,对裂缝成因进行分析,通过论述有助于在实际设计人员与施工建造人员更进一步在施工和设计中尽量减少墙体开裂和裂缝的发展。

参考文献

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