浅谈混凝土砌块房屋建筑因温度引起的变形裂缝产生的成因与防治措

浅谈混凝土砌块房屋建筑因温度引起的变形裂缝产生的成因与防治措施
尹冰
摘要：本文论述了小型空心砌块房屋建筑容易产生裂缝的原因，并对砌块房屋的温度变形产生的原因进行了具体分析阐述；并结合多年施工所见所闻对砌块房屋的温度变形的计算方法及砌块房屋变形裂缝具体的防治措施进行了探讨和总结。
关键词：房屋建筑；空心砌块；变形裂缝；温度变形；防治措施建筑设计论文,发表论文,论文网
混凝土小型空心砌块是一种新型的建筑材料，它的出现给古老的砌体结构注入了新的生命力。由于它的诸多优点，已经成为替代传统的黏土砖最有竞争力的墙体材料。但是，根据调查发现，小型砌块房屋的裂缝比砖砌体房屋多而且更为普遍，引起了工程界的重视。
砌块房屋建成和使用之后，由于种种原因可能出现各种各样的墙体裂缝。从大的方面来说墙体裂缝可分为受力裂缝和非受力裂缝两大类。其中由于温湿度变化引起的裂缝是为非受力裂缝，又称变形裂缝。本文着重讨论温度裂缝的成因和表现形式。
一、砌块房屋的温度变形分析
混凝土小型砌块砌体的线胀系数为10×10-6/℃，比砖砌体的大一倍，因此，小型砌块砌体对温度的敏感性比砖砌体高，更容易因温度变形引起裂缝。由于温度变形引起的墙体裂缝的形状和部位砌块房屋和砖砌体房屋是相类似的，只是带有砌块的特点而已。
多层砌块房屋的顶层墙体和砖砌体房屋一样是最容易出现温度裂缝的。尽管混凝土砌体墙体的线胀系数与顶盖混凝土板的线胀系数没有差别，但在夏季阳光照射下两者之间还是存在一定的温差。夏季在阳光照射下，屋面上表面最高温度可达40℃～50℃，而顶层外墙平均最高温度约为30℃～35℃。屋顶和顶层外墙存在10℃～15℃的温差。在寒冷地区，屋盖结构层上面依次设有隔气层、保温层、找平层和防水层。顶盖结构有保温层的保护，它与外墙的温差按理应有所减少。但是，可能保温层不够厚，或防水层渗漏，保温层浸水，降低了保温隔热效果，这时两者温差还是有可能引起墙体的开裂。
在实际工程中我们发现，单是保温层上的水泥砂浆找平层（厚20mm，实际施工时往往超厚）在外界温度变化下的伸缩变形也能将外墙推裂。因为按现有的建筑构造定型节点图，砂浆找平层一直铺到女儿墙根部，不但不断开不留空隙而且在边端还要加厚，堆成三角形（便于做泛水）。找平层虽薄但在平面内还是有相当大的刚度，其上面的卷材防水层是没有隔热效果的，夏季阳光直接照射下找平层伸缩导致墙体开裂就不足为奇了。在顶盖与外墙存在一定温差下，导致两者温度变形不协调，产生墙体裂缝。当外界温度升高时，混凝土顶盖变形大，墙体变形相对较小，使屋盖受压，墙体受拉、受剪。在房屋顶层两端受力最大，往往沿窗口对角线方向呈现八字裂缝，还会在顶盖标高处墙体产生水平裂缝（顶盖板推外墙），有女儿墙时，还会使女儿墙开裂或外倾。
这种温度裂缝是有明显的规律性：两端重中间轻，顶层重入下轻，阳面重阴面轻。由于顶盖的温度伸缩也会引起与外纵墙相连的顶层横墙的开裂，一般位于大棚下靠近外墙处出现斜向裂缝。顶层墙体开裂裂缝形态与圈梁设置方法有明显的关系，但仅靠圈梁的设置并不能阻止墙体裂缝的产生。顶层圈梁上直接铺设屋面板时，当屋面板坐浆与圈梁结合较好时，圈梁下仍可能出现斜裂缝。如果结合较差，有可能产生水平裂缝。
二、砌块房屋温度应力计算
砌体结构温度应力按弹性理论分析比较复杂，应用方便。根据结构物相互约束的假定，砌体剪应力与相对位移有以下关系:
τ=CX•U
式中:——CX水平阻力系数，混凝土板与砌块墙体 =0.3MPa/mm～0.6MPa/mm。
在房屋顶层分割出与相应外墙共同工作的顶板宽度b（图1），顶板厚度为h，墙体厚度为t。把墙体视为半限弹性体，在上端有厚为h宽为b的钢筋混凝土板条，由于顶板与墙体的温差，产生温度变形不协调，使顶板受压，接触面上产生剪应力。当顶板与墙顶的自由差异变形较大时，通过摩擦阻力使墙内主拉应力达到一定数值之后，便引起主拉应力斜裂缝或剪应力水平裂缝。
d2u/dx2—(Cxt/bhEh)u=0
混凝土小型空心砌块砌筑的混合结构房屋虽然墙体的线胀系数与顶板混凝土一样，均为10×10-6/℃，但前已述及，砌块砌体的抗拉、抗剪强度要比砖砌体低很多，所以温度裂缝更是不可忽视。
以外纵墙的温度应力计算不例，假定屋面板与砌块墙体的温差为10℃，则T=10×10-6×10=10×10-5。墙厚t=190mm，顶板宽度取b=2.55m（进深5.1m）。
β= Cxt/bhEh = 0.3×190/（2550×80×2.55×104） =1.047×10-4
在端部处砌体最大剪应力为:
τmax=σ1=Cxu=CxAtanh【β(L/2)】/β
={0.3×10×10-5tanh【1.047×10-4×（50000/2）】}/(1.047×10-4)
=0.286×0.989
=0.283（MPa）
砌块砌体如使用M5砂浆砌筑，其抗拉强度仅有0.07MPa，抗剪强度仅有0.06MPa，所以它比砖砌体更容易开裂。
三、砌块房屋变形裂缝的防治措施
砌块房屋温度、收缩裂缝的产生涉及砌块生产、房屋设计、施工质量等诸多方面，因此裂缝的防治也应从各个方面、诸多环节采取措施才能见效。从房屋设计方面来说，除了应遵循《混凝土小型空心砌块建筑技术规程》JGJ/T12004墙体防裂的主要措施条款外，还可根据实际情况采用以下砌块房屋变形裂缝的防治措施：
1、鉴于混凝土砌块砌体的线胀系数比砖砌体大一倍，因此砌块房屋温度伸缩缝的最大间距应该比砖砌体房屋短，砌体结构设计规范修订组已拟出修改方案，即将规范中伸缩缝的最大间距表数值乘以0.75后采用，例如砖砌体的间距为50m，砌块房屋的伸缩缝间距则为37m左右，有的地区拟改为35m，因为恰好相当于住宅楼两个单元的长度，处理方便一些。
2、温差产生裂缝主要在房屋顶层，前面温度应力计算表明，采用再高的砂浆强度也难以抵抗温差产生的拉、剪应力。所以考虑降低温差的措施和采取“抗”、“放”结合的策略才是较好的方案。增加房屋盖保温性能，防止屋面渗漏，这是建筑节能的需要，同时也可达到降低屋盖结构层温差的目的。增加顶层圈梁的平面布置密度，加强顶层内外纵墙端开间门窗洞口周边的抗力（门窗洞边设钢筋混凝土芯柱，设钢筋混凝土窗台梁）。一句话：用配筋的方法来抵抗温度应里。在屋盖承重板的适当位置设滑动支座，则是“放”的有效措施。但应考虑抗震构造允许的范围内。例如，做成允许微动而不滑走的构造，滑动支座纵横向错开，或只设两端部开间屋面板的滑动屋，削弱屋面板与圈梁的连结等等。
3、改变屋顶建筑构造定型图的做法，将砂浆找平层与周边女儿墙断开留出溜槽，用松软防水材料填塞，找平层本身宜分割成4m×6m左右的分格块，这种措施不影响房屋使用功能，而至少能缓解顶层温度变形的危害。
4、作为顶层砌体墙体，最好考虑设间距为两、三个开间的局部墙面控制缝，此时顶盖的构件和圈梁可连通，虽然不如国外每开间设缝的效果，但必能大大缓解温差作用。
综上所述,砌块房屋裂缝问题涉及因素很多，比较复杂，需要开展更深入的试验研究，研究裂缝产生的机理，影响因素，探索具体薄弱部位，采取更为有效而又经济的防治措施以及对已出现裂缝的修复方案等等。