屋面温差和宽度对砌体屋顶墙体温度裂缝研究

高雪梅

0 引言

裂缝分为微观裂缝和宏观裂缝，通常把小于0.05 mm的裂缝称为微观裂缝，不小于0.05 mm的裂缝称为宏观裂缝，在学术上属于结构材料强度理论范畴。砌体结构裂缝在现实中是一个普遍的现象，所以对砌体结构裂缝的研究具有现实意义。

1 砌体结构温度裂缝的介绍

据统计，砌体结构裂缝的80%以上是由于温度变化和材料收缩引起的。所以，砌体结构温度裂缝是一个相当普遍的问题，它已成为影响房屋使用、美观和耐久性的主要因素之一。砌体结构产生温度裂缝主要由以下两个方面造成:

1)“内约束应力”产生裂缝，即:砌体结构建筑物地面以上与地面以下部分、室内与室外部分存在温差，温差造成墙体内外变形不一致，如果墙体长期处于不协调的温差变形就会开裂，从而产生温度裂缝。2)“外约束应力”产生裂缝，即:由于砌体结构建筑物的钢筋混凝土屋盖、楼盖和砌体材料的膨胀系数不同，在温差的作用下，它们将产生不同的变形，墙体对屋盖或楼板有一定的约束作用，必然会在楼盖或屋盖中引起压应力和剪应力，在墙体中产生拉应力和剪应力，当墙体中的主拉应力或剪应力大于砌体的抗拉或抗剪强度时，墙体将产生斜裂缝，或在墙体与圈梁的接触面上产生水平裂缝，也就是所谓的温度裂缝。

2 屋顶墙体温度应力的简化计算

为使计算结果更符合实际情况、便于应用，王铁梦教授提出了刚性墙体法计算模型(见图1)。其基本原理是假定墙体为半无限体、无限刚性地基，温度应力与结构(墙体)平面尺寸无关;屋面板为作用在地基上的弹性板，相对于墙体，屋面板与墙顶接触面的剪应力τ与水平变位值u成线性比例，即:

其中，Cx为比例系数(水平阻力系数)，表示引起单位位移的剪应力，N/mm2。

与弹性地基板类似，在屋面板中截取一微段，则可建立混凝土屋面板的平衡方程，再加上边界条件，可得出钢筋混凝土屋面板与砖墙接触面上的剪应力[3]:

3 顶板宽度和顶板的温差对温度应力的影响

某砖混住宅板厚100 mm，混凝土采用C20，弹性模量为Ec=2.55×104N/mm2，线膨胀系数 α1=1×10-5，墙体是砖砌体，墙240 mm厚，线膨胀系数 α2=5×10-6，顶板与砖砌体的阻力系数Cx=0.8 N/mm2，L=33 000，砖砌体采用 Mu10，M5。

本文取 b=1 500 mm，2 000 mm ，2 500 mm ，3000 mm ，3 500 mm，4 000 mm，求在温差为20℃时墙体顶端水平应力，计算结果如图2所示;取顶板温差 5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，求b=3 000时墙体顶端水平应力，计算结果如图3所示。

从图中可以看出，当顶板宽度增加500 mm时，应力增加17.1%，12.2%，8.7%，6%，可见墙体承担的顶板宽度对温度应力的影响甚微;当温度增加 5℃时，应力增加 100%，50%，33.3%，25%，20%，可见顶板的温差对墙体影响特别大，所以应从控制顶板温差和其他一些措施来防治温度应力产生的裂缝。

4 结语

由于墙体的温度裂缝对砌体结构的耐久性有重要的影响，在现实社会中，因墙体裂缝、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，应采取措施来控制砌体结构裂缝的产生，如:

1)提高屋面保温层的保温隔热性能，设计上必须按建筑节能设计标准，对屋面保温进行热工计算，对保温材料提出质量密度、粒径、导热系数及含水率等技术指标的要求。在施工上应严格按照设计施工规范的规定进行施工，确保屋面保温层的质量[5]。2)在屋面板和墙体间设置滑动层(沥青油毡、滑石粉、白铁皮等)，再把圈梁设于滑动层下，若能控制圈梁与屋面板之间的可能微动但不能产生较大的滑动(有钢筋拉结)，既解决了裂缝问题，又不降低抗剪能力。3)提高砌体结构的质量，加强墙体抗温度应力的能力，减少温度裂缝的产生。砌体抵抗温度应力，主要取决于砌体的抗剪强度，施工质量对砌体的抗剪强度有重要的影响，因此，严格按施工规范进行施工是非常必要的，同时还建议砌体结构顶层的砂浆强度等级不应低于M5。

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[2] 王乃义，林正军，李 建.砌体结构的温度裂缝产生原因及防治[J].中国油脂，2009，26(3):68.

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