试论温度对混凝土框架建筑的影响

2010-02-15陈建成新世纪建设集团有限公司321001

中国科技信息 2010年11期

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试论温度对混凝土框架建筑的影响

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温度；温度裂缝；混凝土框架建筑

我国北部地区属于寒温带大陆性季风气候，我国的最高气温达到49.6℃，最低最低气温达-40℃。一年中最大的温差达到8 0℃，气温的剧烈变化，严寒地区对房屋建筑工程的建筑要求也大大提高。由于温度得变化引起墙体裂缝较为普遍,裂缝的类型也很多,但按成因基本可归结为由外部荷载和变形引起的两大类裂缝。其中由于混凝土收缩和温度变形引起的收缩裂缝和温度裂缝以及由这两种变形共同引起的温度收缩裂缝则是实际工程中最常见的裂缝。

一、混凝土框架建筑中温度裂缝的特征及分类

由于温度变化而引起的裂缝成因比较特殊，因此温度裂缝往往是房屋顶部较严重（阳光直射，日照时间长，昼夜温差大），越往下层裂缝程度越轻；房屋长高比越大，裂缝越严重；条式房屋的中间单元裂缝轻，两端部单元裂缝较严重。整体上看，房屋向阳面墙体比背阴面墙体裂缝严重；房屋内部则内横墙体裂缝轻，内纵墙体裂缝重。从施工的季节角度看，在南方春秋季施工的房屋裂缝轻，冬季施工裂缝重。根据温度裂缝的特点从外观形态上可大致简单归纳为水平裂缝、斜向裂缝、竖向裂缝；从裂缝的深度上又可划分为浅表裂缝、纵深裂缝、贯穿裂缝；从肉眼是否可见上，一般以0.05mm为量化界线，又可分为微观裂缝和宏观裂缝等。应重视并须采取措施加以预防或处治的是纵深的、贯穿的宏观裂缝。

（1）水平裂缝

钢筋混凝土框架建筑屋顶与砌体结构交接处的水平裂缝，它常表现为两端较多而明显可见，夹层中间较少且不明显，特别是显现在外墙的裂缝应引起我们的关注，在一些无构造柱的砖混结构的旧建筑物中严重时，可看到山墙与外墙贯通成包角水平裂缝。

（2）墙体斜裂缝和楼板斜裂缝

斜向裂缝是墙体斜裂缝，多发生在顶层的内外墙，一般位于该层两端一至二开间内。两端有窗户时，裂缝一般通过窗的两对角，裂缝通常中间宽两端细。

在顶层钢筋混凝土楼板上也时有发生，一般位于建筑的四个端角板块上。竖向裂缝多出现于砖混结构建筑物的内外纵墙沿门窗洞口处，及框架结构中填充墙与框架边柱交接处。温度裂缝形成的机理简析外界温度变化使组成房屋建筑的结构构件产生胀缩变形，当这种变形受到其他构件的约束时，就会在构件内部或相互约束的不同材料构件之间产生应力（主要为拉应力和剪应力），当应力超过构件材料的强度极限时，就产生了温度裂缝。

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在使用两种不同材料的屋面板与墙体之间，线膨胀系数a差异较大，通常混凝土屋面板的线膨胀系数较小，砌体的线膨胀系数是混凝土屋面板的线膨胀系数的2倍。当两者以相同的温差升降时，由于线胀系数不同，在接触面上将产生相对位移，而此位移受到限制，则产生剪应力。由于屋面受到阳光的直射，通常屋面板的温度总是高于墙体的温度变化，使得这种剪应力更大。当膨胀产生的应力大于砌体的抗拉强度时墙体就产生斜向温度裂缝。当温度应力超过墙体的抗剪强度时墙体就产生水平温度裂缝。由于应力集中的原因，就在门窗洞口四角产生竖向及斜向裂缝。而楼板的斜裂缝主要由于纵横双向框架梁受热膨胀产生推力作用于端角楼板上，超过混凝土的抗拉能力，产生了斜裂缝。

二、房屋建筑工程出现温度裂缝的修复

在发现温度裂缝时，施工人员不要急于修复，应观察到裂缝稳定后，根据温度变化的具体情况采取措施，若发现屋面保温层未达到热工要求和节能标准时，首先应重新改做屋面保温隔热层，以防止裂缝继续活动。鉴定裂缝的稳定方法是在裂缝内嵌抹水泥浆或贴玻璃纸，经过一段时间的观察判断确定。对裂缝的处理须从建筑的美观、强度、耐久、使用功能等方面并充分考虑到裂缝形成的机理，从根本上加以治理。大致有以下几种情况：

1、裂缝细小，对房屋正常使用影响不大，可暂不处理。

2、裂缝虽细小，但已造成墙面、屋面、楼面的渗水，或由于钢筋混凝土内钢筋保护的需要，可采用嵌补密封或压力灌浆进行处理。

3、对于裂缝较大、较多又贯穿墙体，不仅影响美观和正常使用，还对房屋的刚度和抗震性能有较大的影响，这种情况下可在裂缝墙体两侧用钢筋网片，并用钢筋穿墙将两钢筋网片拉紧固定后，外抹水泥砂浆或喷射混凝土以补强加固。

三、房屋建筑工程中温度裂缝的预防

在房屋建筑的设计中，除应严格依据有关设计规范的规定执行外，还应尽可能缩短建筑物温度伸缩缝的设置间距；顶层端部两开间的外墙与内横墙相接处、山墙与内纵墙相接处均应设置构造柱，预防温度裂缝的产生主要在屋顶面板、外廊板，阳台板等处的构造钢筋，以抵抗外露室外现浇板的温度裂缝；对四个端角的屋面板块尚应增设配筋不小于放射筋，以防板的斜向裂缝。钢筋混凝土女儿墙板、檐口板、外露栏板应双面双向配筋，重视屋面保温隔热设计，严格满足建筑节能设计标准。淘汰炉渣混凝土保温层，推广使用水泥泡沫聚苯乙烯保温板或聚氨酯保温板等高效保温材料。在设计上，可考虑采用双层屋面，或将屋面绿化成屋顶花园，既有利于防止温度裂缝，又可改善住宅的保温、隔热条件，也可达到美化绿化的效果。

设计人员设计时没有认真按规范规程要求进行防裂缝设计。在许多工程中，设计虽有防裂缝措施，但与规程要求不完全相符，致使墙体防裂缝得不到有效保障，或保质年限大大缩短。还有一个较为重要的方面就是墙砌体材料强度偏低、不同砌体混合砌筑、砌体强度与砌筑砂浆强度相差过大或外墙批荡砂浆强度与墙体强度差距过大等设计方面的不当都会导致墙体开裂。

四、施工人员在施工阶段对温度裂缝的预防措施

温度裂缝的特点是: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，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。下面根据温度裂缝的特点提出施工阶段对温度裂缝的预防两点措施：

1、施工阶段确保施工质量

混凝土配合比要满足设计强度等级要求，下料要严格计量，灰缝要均匀、饱满；湿砖上墙，喷水养护，严禁干砖上墙和碎砖集中使用，减少砌体实际强度与设计强度等级的差距，屋面板浇筑安装完成后，尽快完成保温隔热层，切不可拖延时间。保温隔热层材料的各项指标要满足标准要求，特别是含水率和干重度；铺筑厚度和范围要到位，并做好防雨防潮措施。此外，建设单位在前期就要注意合理安排好房屋建筑的建设时间，尽量避开在炎热的夏季和寒冷的冬季施工温度敏感部位，在交付使用后，应订立制度做好房屋建筑特别是温度裂缝的易发部位的管理维护，这也是预防工作中的关键环节。

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、提高房屋顶层的温度

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。