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砌体结构墙体开裂原因分析及控制措施 Ca u s e Ana l y s i s a n d Co n t r o l M e a s u r e s f o r M a s o n r y W a l l Cr a c k i n g 韩爱民 方从兵 方远建设集团股份有限公司 台州 3 1 8 0 0 0 摘 要 引起砌体结构墙体裂缝 的主要原因是由于地基不均匀沉降 、温度变化等变形作用 。由此 ，结合建筑物墙体开 裂的实际案例 ，对裂缝产生机理采用有限元建模计算进行研究，以求得有针对性的加固措施 ，达到恢复建筑物正常使 用的目的 ，为实际工程提供加固理论和施工方法上的指导。 关键词 砌体结构墙体开裂地基不均匀沉降局部倾斜 中图分类号 T U 7 5 5 ． 7 ／ 文献标识码 B 【 文章编号】1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 2 0 6 0 5 6 1 0 4 1 建筑物墙体开裂的原因 1 ． 1 墙体材料自身因素引起的墙体开裂 1 ． 1 ． 1砌 筑砂 浆 强度 不均 匀 搅拌砂浆的过程中，如果搅拌不均匀会导致砂浆强度 偏高或偏低 ， 甚至会 引起粘结材料数量配合 比例不当 ， 水量 较大时砂浆干缩量增大 ， 导致灰缝位置开裂[ 3 ] 。 1 ． 1 ． 2 砌 筑砂浆一次搅拌量过多存放时间过长 如果在还没有砌筑前 ， 砂浆就开始初凝 ， 使用时砂浆的 强度将会有很大降低 ， 严重影响施工质量， 甚至引起墙体裂 缝 。 1 ． 1 ． 3烧 结黏 土砖 在潮湿情况下烧结黏土砖会产生很大的湿胀 ，而且这 种湿胀产生的变形是不可逆的。 随着含水量的降低 ， 砖砌体 会产生较大的干缩变形 其干缩变形在早期发展 的较快 ， 以 后逐渐变慢 。刚出窑的砌块放置 2 8 d 可以完成 5 0 茗 左右 的干缩变形 ， 几年后砌块才能停止干缩。 但是干缩后的砌块 如果受到潮湿环境仍会发生膨胀变形 ，随后再次脱水后的 砌块还将继续发生干缩变形 ，但其发生干缩率会 比以前有 所减小 ， 约为第一次干缩变形的 8 0 ％左右 。这种干缩变形 引起的墙体裂缝在建筑物墙体上分布较为广泛、裂缝程度 也 比较严重 ] 。 1 ． 1 ． 4混凝 土 小型 空 心砌块 用混凝土小型空心砌块建筑的墙体 ，其裂缝形态和产 生机理主要有 在荷载作 用下产生的受力裂缝 、 地基沉降不 均匀产生的变形裂缝、 温度变化引起的收缩裂缝等 ， 其 中温 作者简介i 韩爱民 1 9 8 0 一 ， 男， 本科， 工程师。 作者地址l 浙江省台州市椒江区中山西路 5 6 2 号 3 1 8 0 0 o 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 2 2 度变化产生的收缩裂缝最为常见。混凝土小型空心砌块建 筑对温度变化敏感 ，出现温度收缩裂缝的主要原 因和混凝 土小型空心砌块 自身的特性有关。 混凝土砌块 的收缩主要有两个原 因一是水泥和水进 行化学反应时形成 的化合物 的体积 比原始物质要减小 ， 这 个过程是不可逆 的， 即收缩不能恢复 ； 二是 由于混凝土砌块 中水分的溢出使体积小 ， 这个过程是可逆的。 但是对混凝土 小型空心砌块而言 ， 则带来 了很不利的第二干缩 的问题 ， 即 当砌块吸水后有弱胀 、 失水后干缩的现象 而对于干缩已趋 于稳定的砌块 ， 如再次被水浸湿后 ， 则会再次发 生干缩 ， 引 起墙体 出现裂缝。 1 _ 2 因温度变化和砌体干缩变形引起墙体开裂 结构构件 由温度变化引起的热胀 冷缩变形为温度变 形。 在砌体房屋 中， 钢筋混凝土构件与砌构件 的线膨胀系数 相差悬殊 钢筋混凝土一般为 1 0 1 0 叫 ，砌体结构 为 5 1 0 - 4 。此外 ， 钢筋混凝土结构还有较大的收缩值 ， 约为 2 1 0 - 4 ～5 X 1 0 - 4 ， 2 8 d能完成 5 0 ％， 而且砖砌体在正常湿度下 的收缩不明显。 由于构件间的相互约束 ， 温度变化或材料发 生收缩时 ， 各 自的变形不能 自由地进行而引起应力。 而两种 材料均为抗拉强度较低的脆性材料 ，当应力超过其抗拉强 度时 ， 就出现不同形式的裂缝。房屋长度方 向较长时 ， 当大 气温度改变， 墙体的伸缩变形受到基础的约束 ， 也会产生裂 缝。对于砌块砌体房屋 ， 虽然线膨胀系数相差很小 混凝土 小型砌块砌体为 1 0 X 1 0 ， 但干缩较大 ， 而且 即使干缩稳 定后 ，当再次被雨水或潮湿空气浸湿后还会产生较大的再 次干缩。因此温度变形和砌块的干缩引起的墙体裂缝比较 普遍。 由温度变形和收缩引起房屋裂缝的主要形态有 平屋 顶下边外墙的水平裂缝和包角裂缝 ；顶层 内外纵墙和横墙 的八字形裂缝 ； 房屋错层处墙体 的局部处置裂缝 ； 砌块砌体 a i r 第 3 4 卷第 6 期 l 5 6 1 由于基础的约束 ， 使房屋的底部几层较长的实墙体 的中部 ， 及山墙 、 楼体的墙中部 出现的竖向干缩裂缝 此裂缝愈向顶 层也愈严重[ 。 1 ． 3 地基不均匀沉降导致墙体开裂 房屋的全部荷载最终通过基础传给地基 ，而地基在荷 载的作用下 ， 其应力是随深度而扩散的， 且在同～深度处延 建筑物长度方向的地基应力分布是不均匀的，应力也总是 中间最大。 由于地基土这种应 力的扩散作用， 故地基应力分 布是不均匀的 ， 即房屋中部沉降多， 两端沉降少 ， 从而使房 屋地基产生不均匀沉降 ，形成微微 向下 凹的盆状曲面的沉 降分布_ 6 ] 。 因地基过大不均匀沉降引起的墙体裂缝往往 自上而下 指向沉降较大处 ， 其裂缝形态主要有正八字形裂缝、 倒八字 形裂缝和斜裂缝 ，当底层门窗洞 口较大时还可能出现窗台 下墙体垂直裂缝等。 1 ． 3 ． 1建筑物 长度方向地基土质软弱不均 引起 的墙体开裂 建筑物外墙或内墙土质不均匀时， 受压后必然产生过 量的不均匀沉降。当建筑物纵墙地基土中存在压缩模量较 小的软土层与压缩模量较高的正常土时 沿长度方向 将在 上部荷载作用时产生沉降变形差值 ，由于上部结构底部位 移值不相等 ， 在墙体内产生附加拉应力， 当拉应力超过墙体 的抗拉强度时， 墙体开裂。如河北省某办公楼 ， 其建筑物的 高度为 3 2 m ， 其 中南北轴向 6 7 ． 5 3 m ， 东西轴 向 4 0 ． 2 2 m 。 办 公楼 的两个 大型会议室位于南北两端 ，面积 为 3 7 m 2 和 2 4 m z ， 混合结构 ， 纵墙承重。施工完成后交付使 用， 未发现 工程质量问题。第二年起在第五层和第六层楼地面搭接楼 板处发现裂缝 ， 在北立面墙体发生竖直方 向的墙体开裂。 此 后 ， 办公楼的裂缝逐渐 出现加宽的趋势。经全面检查后发 现 ， 墙体裂缝大面积 出现 。其中北立面墙体 1 0 条 ， 南立面 1 6条 ，最 为严 重 的裂缝 出现 在 楼体 中部 ，距 离 南端 1 8 m 2 2 m处 ， 裂缝宽度 1 6 m ， 长度超过 4 ． 8 m ， 裂缝贯 穿 楼体 中部全部的内、 外纵墙。事后研究表明， 该楼体所处位 置地质资料情况非常复杂，建筑物的北部与东北部基础下 软弱土层厚度高达 8 m ～ 9 m ， 第三层尤为严重 ， 甚为少见。 建筑物西北部则无松软土层 ， 地基牢固坚实， 该建筑物地基 位于软硬度相差较大的土层，从而造成基础不均匀沉降差 异过大 ， 这也是造成建筑物墙体产生严重裂缝的主要原因。 1 ． 3 ． 2 建筑物平面与基础设计不合理 多层住宅单体太长 ， 平面图形复杂 ， 或有层高高差及 荷载显著不同的建筑物易引起沉降较大差异 ，造成墙体开 裂 ； 地基土层分布不均匀 ， 土质差别较大时未在土层分布变 化或土质差别处设置沉降缝[ 7 ] 。基础刚度或整体 刚度不足 ， 不能抵抗较大的不均匀沉降量， 造成墙体开裂。 如张家 口某 射击娱乐中心 ， 单层射击大厅由中央大厅 l 3 m和两翼展览 厅 9 m组成。 由于中央大厅与展览厅有荷载差异 ， 在两年半 5 6 2 l 2 o 1 2 6 B ,,n cm m 的沉降观测中， 中央大厅下沉量平均达 1 0 5 m m ， 两翼 1 5 m 范围内的巨大差异沉降，使两翼展览厅外承重墙基础的局 部倾斜达0 ． 0 1 8 m m 。墙体内部产生的附加内力超过砌体弯 曲抗拉强度极限 ， 导致两翼展览厅墙面开裂。 1 ． 3 ． 3 建筑物使 用过程 中地基土体含 水量变化 引起 的墙体 开裂 因周围某些条件变化 ， 如上 、 下水管线渗 漏 ， 临近建筑 物基坑开挖等使建筑物地基中地下水位升高或上、下管道 渗漏， 地表水渗入建筑地基 ， 长期浸泡 ， 土质软化甚至 中 刷 淘空， 导致不均匀沉降的墙体开裂。如河北省某 电厂 ， 在进 行凉水塔基础施工时， 为了降低地下水位 ， 采 用轻型井泵 降 水。 在降水过程中没有考虑对周围建筑物的影响， 结果导致 临近某 中学教学楼不均匀下沉而倾斜、 开裂。 1 ． 4 设计不合理引起墙体开裂 a 门窗洞 口开得过宽就会导致洞 口附近部位应力集 中加剧， 房屋整体强度和刚度降低 ， 引起墙体 的开裂。 b 建筑物纵墙过长， 内横墙过少 ， 会导致墙体所受的 垂直荷载作用过大， 使墙体产生整体弯 曲变形 ， 最终导致墙 体的开裂。 C 埋在墙 内的 电线及其他管线 ， 如有开挖过大的沟 槽 ， 将会造成这部分墙体承载能力的减 弱。 d 进深梁的跨度过大 ， 墙体局部强度就会不满足承 载能力的要求 ， 造成墙体水平开裂∞ ] 。 1 ． 5 施工不规范引起墙体开裂 a 在施 工中混合使 用不同的砌体材料作 为配 套砌 块 ， 因不同砌体材料的强度、 膨胀率、 吸水率等不同， 会引起 墙的开裂[ 9 ]。 b 在施工 中如果砌筑砂浆配合 比不当， 搅拌不均匀 ， 就容易造成砂浆的粘结力不够 ，致使砌块受力效果差而产 生砌块破坏 ， 最终导致墙体开裂[ 1 o ] 。 c 墙体 上临时施工洞 口的位置和大小不符合施工要 求时 ，且在临时施_T - B 口补砌时封堵不彻底 ，不能达到标 准 ， 容易在墙体的临时施工洞 口附近产生局部开裂 ； 在已砌 筑完成 的墙体上进行水 电施工时 ， 砌筑好的墙体会被破坏 ， 并且在随后的补砌过程中未能得到有效的补救 ， 从而导致 墙体裂缝[ 1 】 ] o 2 调整建筑物地基不均匀沉降的技术措施 2 ． 1 建筑措施 2 ． I ． I 建筑物的建筑设计形状简单化 建筑物的建筑设计体型应避免形状复杂和高差悬殊的 外观。 例如“ 工” 形、 “ T ” 形、 “ L 形等外形。 这样形状的建筑 在纵横交接处， 会有地基的附加应力相叠加， 造成较大地基 基础不均匀沉降， 会引起墙体发生裂缝。 若立面造型层数相 差很多， 易引起较大的沉 降差异 ， 使作用在地基上的荷载差 异变大 ， 引起建筑物墙体开裂。因此， 在设计时应 力求建筑 物造型简单 ， 在没有特殊要求的情况下 ， 避免别 出心裁。 2 ． 1 ． 2 控制建筑物的长 高比满足结构刚度要求 建筑物的刚度是否满足要求 ，建筑物 的长高 比起主要 作 用。最好将建筑物的长高比控制在 2 ． 5 左右 ， 因为过长建 筑物的纵墙将会有较大挠 曲， 会导致外墙墙体开裂。 如果长 高比不满足刚度要求，则需要通过加固措施来达到控制地 基不均匀沉降的目的。 2 ． 1 ． 3 合 理布 置 纵横墙 纵墙应尽量避免开挖 ，中断。这些会减弱纵墙施工强 度 ，不要缩小横墙 间距 ，以免造成房屋整体强度不满足要 求 ， 降低 了抵抗地基不均匀沉降的能力。 2 ． 1 ． 4合理布置相邻建筑物 由于邻近建筑物的相互影响，使每个建筑物地基附加 应 力增加 ， 建筑物的基础产生附加沉降。 为减少相邻建筑物 互相影响造成的基础部均匀沉降，相邻建筑物间的基础净 距要满足表 1的要求。 ’ 表 1相邻 建筑基础间的净距 ， m 新建筑平均沉降 ／ mm 5 O ～ 7 O 7 O ～ 1 5 0 l 6 0 ～ 2 5 O 2 6 0 4 0 0 4 0 0 旧建筑长高 比 2 ．O ～ 3 ． 0 2 ～ 3 3 ～ 6 6 ～ 9 9 ～ 1 2 I 坩 3 ．0 - 5 ． 0 ． 3 ～ 6 6 9 9 ～1 2 ． 1 2 2 ． 1 ． 5 设置 沉 降缝 可 以用沉降缝将建筑物分割成若干个长高比例较小、 体积规则、刚度较好的独立单元 ，这样能有效地减少不均 匀沉降的影响。 沉降缝的位置应选择在下列部位 过长的钢 筋混凝土框架结构处 建筑结构类型不同处 ； 地基基础不同 处 ； 不同时期建造的房屋相交处。 有关规范对工程中建筑物 沉降缝宽度的规定为房屋为 2 、 3 层时 ，沉降缝宽度易在 5 0 m m N 8 0 m m ； 房屋为 4 、 5 层时 ， 沉降缝宽度易在 8 0 m m 1 2 0 m m ； 房屋高于 5 层时， 沉降缝宽度大于 1 2 0 m m 。 2 ． 1 ．6 控制建筑物各点标高 建筑物基础沉 降变形会改变建筑物各点的相对标高 ， 影响使用。可采取 以下措施来有效减少不均匀沉降对建筑 物使用上的不利影响 a 适 当提升地坪和设施的标准 b 在建筑和设备之间留有足够的空间 ； c 预留出足够空间的T L B 以便管道穿越建筑物。 2 - 2 结构措施 2 ． 2 ． 1 降低建筑物的 自身质量 一 般建筑的 自重 占总荷载 的 5 0 ％ 7 0 ％ ，自重是 引起地 基变形的主要原 因， 应尽量降低建筑物结构 自重。 这样可减 小在软土地基建造建筑物的基础不均匀沉降。 2 ． 2 ． 2 减小基础底面附加压力 建筑物的地下室或半地下室 ，能有效地减少基础底面 的附加压力 ， 起到有效控制沉降的目的 ； 也可通过 改变基础 底面的尺寸 ， 来达到控制基底压 力的目的 ， 最终可 以改变不 均匀沉降量。 2 ． 2 ． 3 增 强基 础 刚度 、 合 理 选 用基 础 类型 在不均匀的地基上使 用筏形和箱形等整体刚度较大的 基础 ， 是提高基础的抗变形能力的好办法， 可以减少不均匀 沉降。 对于土质变化较复杂及软土地区 ， 利用天然地基建造 建筑物时 ， 宜选 用合理的结构形式和基础类型 ， 其要求对地 基不均匀沉降影响不大。 2 ． 2 ． 4 加强房屋整体刚度 加强房屋整体 刚度。 如合理布置承重墙 、 增大基础 圈梁 刚度、 增设钢筋混凝土圈梁等。例如 ， 圈梁可增强以砖石作 为承重墙房屋 的整体性 ，使用圈梁可以有效防止墙体裂缝 的产生和发展 。 一般在建筑物墙体 内设置多道圈梁 ， 在基础 顶面处设置压项圈梁 ， 在顶层门窗之上布置 圈梁。 圈梁应该 是一个 自行封 闭的体 系， 贯通 内、 外纵横墙体及 内、 外墙基 础 ， 使增加圈梁达到 了增强建筑物的整体刚度的 目的， 降低 了地基不均匀沉降的现象。 2 ． 3其他措施 2 ． 3 ． 1 新型筏基 新型浮筏基础可以使基础质量减轻 ，即使用型钢基础 梁替代原基础梁 ， 在柱下设独立的基础 ， 这样就可以使不同 沉降具有变形协调能力。 2 ． 3 ． 2 加垫苯 乙烯苯板 在沉降不大的基础下填充苯乙烯苯板 ，可以降低建筑 物地基基础沉降量 ， 调整地基基础部均匀沉降。 2 ． 3 ． 3 复合 基础 法 把桩基础和直接基础结合使用 ，形成一种复合形式的 基础类型 ， 可以有效改善地基的不均沉降 ， 发挥桩基础和直 接基础各 自的不同受力特点。桩 长度和直径均可降低 用 量可以减少 ， 同时满足 了经济性要求。 2 ． 3 ． 4 地基处理措施 对地基进行处理可以有效改善地基土强度 ，减少地基 压缩性 ， 保证地基整体稳定性 ， 改善基础的不均匀沉降。 3 结语 经过分析砌体结构墙体开裂的原 因，并结合使用上述 措施 ，在设计中应尽可能考虑建筑物的上部结构与下部结 构共同工作的影响 ，选型相应 的方法可以使不均匀沉 降控 制在国家 建筑地基基 础设计规范 G B 5 0 0 0 7 2 0 0 2 允许 的范围之内， 满足建筑物的正常使用功能。 参考文献 【 l 】1高凌翔．砌体结构常见裂缝的分析与防治l J 1． 山西建筑， 2 0 0 6 7 1 6 1 8 ． [ 2 ] 刘荣生． 砌体结构常见裂缝 的分析与防治啪． 建材技术与应用， 2 0 0 7 5 l H r 第 3 4 卷第 6 期 I 5 6 3 超长预应力混凝土结构的 裂缝控制模拟分析 S i mu l a t i o n An a l y s i s o f Cr a c k Co n t r o l o v e r S u p e r Lo n g Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e S t r u c t u r e 范波 上海浦东新区建设工程质量安全监督站上海2 0 0 1 2 7 摘 要 超长混凝土结构 由于施工体积大 ，纵 向长度长，在施工及使用阶段容易因混凝土内部的温度应力产生结构裂 缝。结合上海浦东空港物流仓储作业区 5 保税仓库工程 ，采用有限元分析软件 S A P 2 0 0 0进行施工模拟分析 ，证明了 在超长混凝土结构 中通过设置施加预应力的技术手段来降低混凝土开裂的可能 ，是行之有效的措施。 关键词 仓储工程 超长结构 裂缝 预应力技术 有限元分析 中图分类号 T U 7 5 5 ． 7 ， 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 2 0 6 0 5 6 4 0 2 0 前言 在工业、 民用建筑中， 各类超长混凝土结构得到了相当 广泛的应用。 但超长混凝土结构浇筑后 由于施工体积大、 纵 向长度长 ， 聚集在混凝土内部的水化热不易散发， 使混凝土 表面产生拉应力 ， 容易产生裂缝 ； 而在降温阶段 ， 混凝土逐 渐散热收缩， 内部也容易出现贯穿性裂缝， 从而影响工程质 量。 由于超长混凝土工程条件复杂、 施工情况各异 ， 再加上 混凝土原材料差异较大 ，研究和控制温度变形裂缝就不单 纯是施工过程 中对混凝土配 比进行抗裂优化、混凝土浇筑 时的施工措施和养护期的有效养护，而涉及到结构设计和 计算等多方面的综合问题。 比如结构设计时， 考虑设置后浇 带或采用预应力等技术手段， 来 降低混凝土开裂的可能 ， 也 是行之有效的措施 。 本文以上海浦东空港物流仓储作 业区 5 保仓库 工程 作者简介 范波 1 9 6 8 一 ， 女 ， 硕士， 高级工程师。 作者地址 上海市杨高南路 1 2 1 8 弄 3 l 号 5 0 1 室 2 0 0 1 2 7 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 2 6 超长预应力混凝土结构裂缝控制项目为基础 ，主要对工程 采用的预应力技术后混凝土结构 中的温度应力、开裂程度 做 了相应的有限元模拟分析 ，来验证预应 力技术对超长混 凝土结构裂缝控制的有效性。 1 工程概 况 浦东空港物流仓储作业区 5 保税仓库工程位于 上海 浦东国际机场的空港物流仓储作业 区内 ，总建筑面积为 1 3 7 2 2 2 ． 5 m ， 建筑总高度 2 3 ． 8 5 m ， 总长度 2 6 2 m ， 总 宽度 为 2 2 6 m ， 为 3 层钢筋混凝土框架结构的仓储建筑。 其结构 抗震烈度为 7 度， 框架抗震等级为 3 级 ， 装卸区和库 区相交 处的框架柱抗震等级为 2 级。 本工程 占地面积大 ，分为 A 5 - 1 、 A 5 - 2 、 A 5 3 和盘道四 大块 图 1 。施工总方 向由西向东进行 A 5 1 和 A 5 2分别 经后浇带划分后分为 6 个流水段 ， 各 自进行流水施工 ； A 5 3 分为 3 块和盘道组成流水施工。 2模拟分析 2 ． 1 有限元模型 以 A 5 - 1 区为例 ， 采用通用有限元分析软件 S A P 2 0 0 0 进 3 5 -3 7 ． [ 3 】3温少勇． 砌体结构墙体开裂的原因及 防治措施【 J 】 ． 中国新技术新产品， 2 0 0 9 4 】 9 7 ． [ 4 ] 王海龙， 章泽民． 某住宅楼严重裂缝的分析及处理IJ J． 铁道建筑技术， 1 9 9 5 2 】 3 3 3 4 ． 『 5 1 胡兴福． 建筑结构[ M] ．北京 中国建筑工业 出版社，2 0 0 9 2 2 - 2 8 ． 【 6 ] 石森林． 浅析砖混结构墙体开裂的原因及其预防田． 科技信息，2 0 1 0 3 3 2 2 ． 【 7 ] 李亚敏． 关于砖混结构房屋墙体裂缝问题的探讨[ D 】 ． 西安 西北农林科技 5 6 4 l 2 0 1 2 6 l i ,,a t ,u - - C c m tm a n 大学硕士论文， 2 0 0 7 1 6 7 1 6 9 ． [8 】8张卫东． 地基差异沉降引起砌体结构开裂的预测分析【 D j _ 哈尔滨 哈尔滨 工 业大 学硕 士论 文， 2 0 0 1 3 8 - 4 6 ． [9 ] 靳立民． 浅谈砖砌体产生裂缝的原因及防治措施【J 】 _ 内蒙古科技与经济， 2 0 0 5 1 4 1 5 5 5 8 ． 【 1 0 ] G r e g o r i a n Z B ， G r e g o ri an G ． B r e a k i n g t h e S u rf a c e [ J ] ． Mo d e m S t e e l C o n s t r u e t i o n ， 2 0 0 8 2 1 3 - 1 5 ． [ 1 1 ] 潘全胜， 金 国芳． 某砖混结构住宅楼裂缝 的检测与分析【 J 】 ． 住宅科技， 2 0 0 3 1 2 1 1 5 1 1 6 ．