多层砌体结构裂缝或变形原因分析及预防对策

吕长江 吕向明

(河南煤业化工集团鹤煤电石厂，河南 鹤壁 458050)

1 问题的提出

通过参加多层砌体房屋地基基础验收，参与结构裂缝事故调查分析，发现多层砌体房屋结构出现裂缝或变形多与地基基础设计及变形计算疏漏有关，真正因设计造成结构构件强度不足问题引起结构裂缝的情况并不多见。多层砌体结构建筑地基基础设计易出现的疏漏主要有以下几个方面:1)未在变形计算指导下盲目处理地基，造成地基处理后仍然不均匀而未作地基基础变形计算;2)建筑基础构造设计不当造成墙段荷载传递扩散不开，形成实质反梁基础;3)沉降缝地基基础变形计算疏漏或基础选型不当出现严重偏心，造成变形量过大。总之，地基承载力的不均匀与载荷分布的不均匀二者相互作用，使建筑地基产生不均匀沉降，不均匀沉降超过结构的弹性变形适应能力结构即出现裂缝。在认真分析产生变形裂缝原因的基础上，按照地基基础设计规范要求做到精心计算，精心设计，采取加强结构整体性构造措施，上述与地基沉降有关的裂缝完全可以避免。现将裂缝及变形出现的机理及应采取的设计预防措施论述于后，期望与同行探讨提高。

2 地基基础问题造成结构出现裂缝的原因分析及设计预防措施

2.1 地基处理不当造成结构出现裂缝的原因分析及预防对策

地基处理不当造成的裂缝出现在地基软弱与坚硬区域之间建筑强度薄弱部位，严重时各层均可见。承载力不均匀地基或处理后的地基易出现此类裂缝。地基基础设计规范“表3.0.2”规定可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围，分析表中对地基主要受力层承载力特征值的要求可以发现，地基越软弱要求承载力越均匀，均匀程度达不到要求必须进行变形计算。就鹤壁市区来说，一般情况遇到的多层砌体结构房屋满足不大于6层，130 kPa≤fak＜160 kPa要求(fak取地基主要受力层加权平均强度)不用进行变形计算。但是，常遇到地基土层局部软硬不均问题，造成地基软硬不均的原因很多，山区丘陵地区大多是自然形成的，平坦地区多受人为因素影响(如局部受水浸泡承载力变低、局部的人工扰动、局部土层性质明显改变等)。由于局部异常范围较小，工程地质勘察时不易被发现，施工图设计阶段仅进行地基承载力计算。施工联合验槽时发现局部软硬不均，易犯的疏漏是，设计人员往往从不影响施工进度角度出发，凭经验盲目对存在的承载力异常区域进行地基处理，忽视需要施工勘探并补充地基承载力及变形计算，这样做有悖于规范对槽验发现地基条件与勘察报告不符应进行施工勘探的规定，把本来该由勘察单位承担的责任风险拦在设计方身上，其盲目处理的结果可能是处理后仍为不均匀地基，甚至出现矫枉过正造成更为严重的承载力不均，实质是有违地基基础设计规范“第3.0.2条”关于地基基础变形计算规定、“3.0.3条”关于施工阶段地质勘察规定，问题严重的会导致结构出现裂缝。

笔者认为，作为结构设计人员，正确的做法应该是，在基础联合验槽过程中发现有局部地基软弱或坚硬异常(通常根据地层颜色变化及挖槽时的软硬感觉判断异常区域)应坚持设计原则，主动要求做施工阶段工程地质勘察，根据补充的施工勘察成果，进行修改设计，发现异常区域承载力特征值超过规范“表3.0.2”中规定的数值区间，哪怕施工暂停，也应坚决做地基基础变形计算，满足变形计算要求可不对地基进行处理，不能满足变形计算要求，建议异常区域基础宽度按照原设计宽度不变，采用优先处理地基的方法，若处理后异常区域地基主要受力层承载力特征值与正常区域主要受力层承载力特征值接近，满足规范“表3.0.2”中规定的要求，可作为均匀地基处理，不作处理后的地基变形计算。地基处理后不能满足规范要求，必须进行地基处理后的承载力计算和地基变形计算，直至采取的处理措施能够满足计算要求为止。

地基局部处理注意事项及加强建筑整体性的措施。基于异常区域地基处理后主要受力层与正常区域受压变形尽可能相一致的要求，如果能够做到对异常区域主要受力层全部处理，采用的换填材料压实后承载力与正常土层越接近越好。仅做部分深度的换填压实，若处理的是软弱土层要用比正常土层承载力更高的材料处理，若处理的是坚硬土层要选用比正常土层承载力较弱的材料处理。地基处理后出现软弱下卧层的要验算软弱下卧层的承载力。即便是经验丰富的设计人员，考虑施工因素也未必能够做到地基处理后使异常区域地基主要受力层加权平均承载力特征值变得与正常区域很接近，因此设计人员要根据具体情况对地基基础可能遇到的沉降危害做定性的分析，在理性分析的基础上，对上部结构进行概念性的加强，增强结构抵御不均匀变形能力。造成房屋裂缝的危害程度与地基异常范围的大小及在基槽中的位置有关，范围大更易造成裂缝，处于建筑端部其危害大于中部，在定性分析的基础上对房屋结构采取加强整体性的构造措施很有必要。

2.2 基础结构构造设计不当、墙段荷载传递扩散不开造成出现裂缝的原因分析及预防对策

比较典型的是首层窗下墙倒八字裂缝的产生，地基承载力较低，大开间宽窗低窗台，基础埋深浅首层窗下墙易出现斜向裂缝，究其原因:1)由于基础埋深浅，窗间墙荷载往往不能够扩散传递到整个开间，造成窗下墙地基压应力不均，引起窗间墙窗下墙沉降变形不均，不均匀的沉降量超过窗下墙弹性变形适应能力就会在窗下位置产生倒八字裂缝;2)由于首层窗下墙连同基础相当于支撑在窗间墙上的倒梁(并非设计有意形成)，裂缝出现前窗下墙地基反梁强度未破坏前基础底面应力基本均匀，施工过程中随着窗间墙荷载增大窗下墙基础反力也逐步增大，超过倒梁支座处的抗剪能力，裂缝出现后窗下墙地基退出工作，导致地基应力重分布，进一步加剧窗下墙窗间墙的不均匀下沉(见图1，图2)。

图1 窗下斜裂缝

图2 倒梁示意图

消除此类裂缝产生的设计对策及构造措施。砌体结构建筑，基础设计构造应保证荷载按照选用材料刚性角要求能够扩散传递到所有带型基础部位，满足这样的要求就不会出现上述裂缝，一般情况下必须满足上述要求，做不到就是设计上的疏漏。基础墙段间无意形成的反梁结构，一般不能够承受全部荷载形成的地基反力，除非建筑本身层数少，荷载轻。如果是局部问题，不得已形成的墙段间反梁，可采取加强窗下墙强度及整体性的构造措施或在基础内设置局部的钢筋混凝土反梁，并按照要求对反梁进行强度计算。鹤壁新区由于地处淇河下游冲积平原上，地基承载力较低，土层压缩变形较大，初期建设的6层住宅3.6 m～4.2 m大开间底层窗下墙出现倒八字裂缝的几率较高，后来设计上采取增加基础埋深，首层窗台位置设通长厚度不小于60 mm，配筋不小于3φ10的钢筋混凝土带等构造措施，使窗台标高以下墙体形成组合梁，使窗下墙抗剪能力得到提高，刚性韧性增加，基础底面应力均匀度得到改善，裂缝产生的几率大幅降低。

2.3 沉降缝处端开间墙体产生裂缝及顶层墙体挤压的原因分析及预防措施

按照建筑地基基础设计规范“7.3.2条”的规定，当地基不均匀承载力明显变化或建筑物层数差异较大时宜在相应部位设置沉降缝。沉降缝处双墙基础设计不当，地基变形过大是引起砌体裂缝、挤压的主要原因(见图3)。一般情况下建筑靠中间位置沉降量大，沉降缝多在靠中间位置，又由于砌体结构房屋承重墙体自身重量占建筑总重量的比重大，沉降缝处两侧双墙总质量比非沉降缝处大1倍，4层～6层砌体结构房屋沉降缝处地基单位长度上承受的荷载，若作定性分析起码相当于7层以上建筑非沉降缝处所承受的荷载，这样大的荷载差异分布，不均匀沉降在所难免，不均匀沉降必然伴随着扭转，造成砌体出现裂缝或挤压;沉降缝基础出现偏心，基础应力分布不均，甚至基础偏心方向最大应力超过地基承载力要求，使沉降缝处双墙基础出现扭转变形，也是造成缝侧端开间纵墙裂缝和沉降缝挤压的原因。

图3 沉降变形挤压危害示意图

砌体结构层数较多时应该慎用偏心基础，应与建筑设计结合适当加大沉降缝处双墙距离，减小偏心量，在满足偏心基础承载力计算的同时要辅以偏心基础变形计算，保证局部倾斜满足规范要求;有关设计资料介绍的沉降缝基础处理大多是以消除基础偏心为目的，交错基础沉降缝构造较为复杂，施工麻烦，但可以避免基础出现偏心，采用这种基础形式，要想避免沉降缝处不产生裂缝或挤压，应该在保证地基承载力要求的前提下对地基基础进行变形计算，局部倾斜必须满足规范要求，根据两侧局部倾斜产生的扭转角及沉降缝总高度，计算顶端两侧墙体平移距离，确定合适的沉降缝宽度。如果设计成交错基础不满足变形计算要求或沉降缝处双墙基础过宽显得不合理时，可将沉降缝两侧的两个端开间分别设计成两块筏板基础，这样端开间的两道墙基可以看成一个整体来进行受力分析，两道墙的合力作用点基本上位于开间中部，对筏板基础来说偏心距小，筏板下地基反力分部均匀，避免了基础边沿高应力区的出现。筏板基础面积大，地基附加应力小，端开间沉降变形小，能够有效消除缝两侧墙体的过大沉降和扭转。以上两种基础设计形式均解决了基础受力偏心问题，工程实例证明，按照上述办法设计沉降缝处双墙基础，不会出现沉降缝两侧墙体裂缝挤压，处理效果十分理想。

3 结语

砌体承重结构房屋目前在中小城镇依然是最常见到的房屋建筑结构形式，结构整体性较钢筋混凝土结构差，一旦地基基础变形计算或基础构造设计疏漏易造成结构出现裂缝，在强调工程质量终身负责制的今天，结构设计人员必须对地基基础设计等级为丙类的砌体结构建筑地基基础变形计算高度重视，提高不均匀沉降控制意识，防止设计疏漏发生。切实做到地基基础承载力计算、变形计算、结构构造措施相辅相成，就能够防止砌体结构出现裂缝或过大变形的发生。