基于温度效应的抗裂概念设计方法

钟巧玲

（大朗镇规划建设办公室，广东 东莞 523770）

1 砌体结构整体有限元分析结论

对砌体结构温度场的现场实测与仿真分析、整体有限元分析得出以下主要结论：

通过砌体结构的整体有限元分析得到，砌体结构的温度作用主要作用在顶层或顶上二层的端开间，并确定这两层的外纵墙、内横墙为主要抗裂目标，其次为内纵墙和山墙。

通过有限元分析和试验研究可知，门窗洞口对砌体结构的刚度和整体性的削弱作用十分明显，在门窗洞口四角容易形成应力集中，从而导致墙体开裂。

经过砌体结构温度场的现场实测与仿真分析以及温度应力的有限元分析可知，采用“防”的构造措施(如屋面设置保温层)对防止温度裂缝的出现有很好的效果，保温隔热屋面能有效地降低温度应力的计算温差从而达到减少砌体结构的墙体变形和应力之目的。

通过整体有限元分析中可知，采用“放”的构造措施后(如在墙体容易出现裂缝的部位设置温度伸缩缝和控制缝)，极为有效地减少了墙体的轴向位移和应力，可见温度伸缩缝和控制缝对于墙体抗裂的重要性。

同时从整体有限元和墙体试验结果可知，在墙体中薄弱部位采取“抗”的构造措施(如窗两侧、墙两侧，墙体交界处设置芯柱和构造柱)后，加强了墙体的整体性和抗水平作用的能力，从而增强了墙体的抗裂能力，但若只采用“抗”的构造措施来控制墙体的变形和应力，需采取很强的“抗”的构造措施，不符合经济性要求。

从墙体试验结果可知，通长窗台圈梁对防止外纵墙八字缝、墙侧构造柱对防止墙侧水平缝、全截面的墙体圈梁对防止圈梁和墙体交界处的水平缝都有很好的作用。采取构造措施后的墙体，其抗裂强度和变形性能都有大幅度的提高。

2 砌体结构温度裂缝控制的概念设计

根据有限元计算分析和试验成果，掌握了砌体结构温度裂缝的整体分布规律，了解了各种构造措施对墙体抗裂性能的影响以及采取构造措施后的整体抗裂效果，在此基础上就可对砌体结构进行概念设计了。本文基于温度效应的砌体结构抗裂概念设计，从材料、结构构造和施工等多方面综合考虑，具体措施如下:

2.1 材料方面

(1)砂浆的强度直接关系到砌体结构墙体的抗裂强度，在以前的设计中砂浆的强度往往随着建筑物高度的增加而减少，这是针对砌体结构的竖向承载力来设计的，但对于建筑物的抗裂来说，实际上是一个不利的概念。从整体有限元分析中可知温度裂缝一般都集中在定层或顶上两层，而且顶层和次顶层墙体垂直正应力较小，墙体抗剪强度相对比底部墙体低，所以顶层采用的砂浆强度应适当提高，从MU5.0提高到MU10。

(2)所用的砌体宜采用较高强度等级，保证墙体裂缝不贯穿砌体块体。构造柱和圈梁以及窗台梁的混凝土强度等级不应小于C20。

2.2 构造措施方面

(1)在总体设计中应注意建筑刚度的均匀性，加强整体刚度，对体型复杂的建筑物，应用伸缩缝将建筑物分成几个刚度均匀的独立单元。伸缩缝的位置，不仅要看建筑的长度，还要看体型、朝向及地区环境等因素;地基基础设计中，应将地基的不均匀沉降进行核算，其地基容许变形值，应按地基规范的规定，从严掌握;结构计算时，除对砌体的承载能力进行核算外，尚应对可能产生的剪、拉附加应力做充分的估计，采取必要的措施。

(2)根据多层砌体结构墙体应力和变形分布规律，温度裂缝的抗裂构造措施设计重点放在房屋顶层和次顶层，构造措施设计应采取“防”、“放”、“抗”综合防治方法。

(3)对于砌体结构，在抗裂设计中必须采用保温、隔热屋盖，增强屋盖结构的热阻，达到减少屋盖与墙体之间温差的目的，宜采用瓦屋面，瓦面材料不宜采用粘贴的暗色纤维瓦。

(4)若建筑物长度超过40m就应该在屋面设置不少于一道温度伸缩缝，给墙体的变形设置一定的预留空间，从而达到抗裂目的。

(5)为了防止以往设计中墙体圈梁和墙体交界处的水平裂缝，在窗台上方和门上方取消过梁，采用全截面圈梁。

(6)应增强房屋四角和楼梯间横墙的刚度，在房屋四角两侧各增设两个构造柱，在楼梯间四角设构造柱，适当加大楼梯间墙体外端的构造柱截面。

(7)纵墙抗裂措施

①为防止顶层和次顶层窗台角的八字缝，在顶层和次顶层房屋两端两个开间设通长窗台圈梁，在窗侧设置构造柱。②在顶层和次顶层端部开间内纵墙和外纵墙的门侧设构造柱。

(8)横墙抗裂措施

横墙在顶层常见裂缝为阶梯缝，因纵墙窗台下墙体刚度较窗间墙的刚度大，横墙阶梯缝一般在窗台高度处沿45°方向首先出现，随后向上下发展，为了防止该裂缝的产生，在顶层横墙中部每隔两皮设钢筋3Фb4钢筋网片并加密构造柱。

(9)山墙抗裂措施

山墙部分因日照强度大，常因温度作用或收缩作用发生竖向裂缝，采用配置水平钢筋网片或增加竖向构造柱来防治，若墙体较长，按2m间距增设构造柱。

(10)加强构造柱和墙体的连接，构造柱和墙体的连接部位按每皮设3Фb4钢筋网片，伸入墙内1000mm,钢筋网片加强了小截面窗间墙的抗剪能力和构造柱和横墙的连接。

(11)应加强顶层圈梁的设置，对顶层的所有纵、横墙均设置圈梁以提高墙体的整体性，并在施工上保证圈梁混凝土的质量，有助于提高砖墙的整体性，有效地防止裂缝发展。

(12)加强屋盖挑檐的处理

屋盖大挑檐处，圈梁、现浇屋面板共同组成刚度较大的现浇板，由于挑檐上的保温层较薄，遇温差变化，产生的温度应力将导致墙体开裂，因此应尽量减少挑檐的挑出长度，减小断面，同时设计时适当加强其纵向配筋对挑檐应采取一定的措施，如:控制水灰比和坍落度、实行两次分段浇灌、采用后浇带及加强养护等，以防止或减少收缩裂缝的出现。

(13)加强砖砌女儿墙的构造措施

砖砌女儿墙与圈梁间也是温度裂缝的多发区，在女儿墙中应设钢筋混凝土构造柱，在女儿墙顶设钢筋混凝土压顶，构造柱从顶层圈梁伸至女儿墙的压顶，与女儿墙的压顶形成连接整体，可增强其抵抗能力，有效避免裂缝的产生。一般构造柱的设置间距为3m左右且建筑物的角点必须设置。

(14)屋面的加强处理

为防止现浇屋面开裂，每隔15m左右设后浇温度缝，缝宽600一800mm，缝内混凝土断开，钢筋不断，待主体完成需做保温层前，再灌注混凝土，混凝土等级提高一级，并加膨胀剂。

3 施工方面

严格控制原材料的质量；砂浆配比应结合现场材质情况，由有资质的专业实验室确定，并根据现场材质的变化及时调整;在满足砂浆和易性的前提下，控制好砂浆的强度；加强施工管理，提高砌筑质量。要保证灰缝砂浆的饱满度和厚度，控制砖的含水率，严禁干砖砌筑或施工中砖浇水过多，采用一顺一丁、梅花丁或三顺一丁等控制性较好的砌筑方法。保证砖的搭接长度，严格控制半砖数量，对墙角和纵横墙交接处，尽量作到同步浇注，减小留搓部位，以利于房屋的整体性；屋面保温层的施工，要保证松散保温材料的质量，控制保温层的厚度；尽量选择适当的施工温度，特别是屋面混凝土工程的施工温度，以减少季节差。尽量避免在炎热的夏季和寒冷的冬季施工，要加强混凝土工程的养护和保温措施；加强施工队伍的管理，提高施工队伍的素质和责任心，把施工过程中造成砌体开裂的人为因素降至最低。