砌体结构温度裂缝的解析及措施

王萍

摘要：根据出现的温度裂缝形态，分析了裂缝的成因，通过工程实例温度应力的计算，提出控制裂缝的方法，并提出裂缝处理措施。

关键词：砌体结构 温度 裂缝

由砖、石或各种砌块等块材通过砂浆铺缝砌筑而成的结构称为砌体结构，砌体结构在住宅建筑中普遍存在，出现的质量事故也较多，其中砌体出现裂缝是较常见的质量事故之一，裂缝不仅影响建筑物美观，粉刷脱落，墙体风化，且易造成房屋渗漏，降低建筑物的结构强度、刚度、稳定性和耐久性，更会给购买者造成较大的心理压力和负担，直接影响房屋销售，或者引发住户信访申诉，所以对裂缝的预防和控制不得不重视。

墙体出现的裂缝，一般可分为受力裂缝和非受力裂缝两大类。在各种直接荷载作用下，墙体产生的裂缝称为受力裂缝。而砌体因收缩、温度、湿度变化、地基下沉不均等引起的裂缝为非受力裂缝。不同建筑材料随温度变化而会产生不同的热胀冷缩。温度裂缝是造成墙体早期裂缝的主要原因，也是最易产生、最难消除的裂缝之一。

1、 温度裂缝的形态

砌体结构温度裂缝最易出现在内外纵墙和根墙、窗台、屋面板下、外墙阳角和女儿墙等部位，裂缝形状有“八”字形裂缝、水平裂缝、斜裂缝、包角裂缝等，最常见的出现在混凝土平屋盖的顶层两端墙体和山墙上。这些裂缝有一定的规律性：一段时间后会逐渐稳定，不继续发展，裂缝的宽度随着温度变化而略有变化，呈“三多三少”：两端山墙多中部少，南面多北面少，顶层多下层少。

2、 温度裂缝的成因

砖砌体的线膨胀系数为5*10-6，而混凝土为10*10-6.当外界温度变化时，两种材料在结合部位因线膨胀系数不同，且墙、板、圈梁和构造柱受内外温差作用，混凝土屋面变形比砖墙大，二者之间产生约束应力，使屋盖受压，顶层墙体因屋面板的推力作用受拉受剪。当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时，墙体就会产生温度裂缝。在昼夜温差越大的地区，这种温度裂缝更易出现，所以北方地区或山区此现象更突出。

此时，拉应力和剪应力的分布情况大体是：房屋平面中间为零，两端最大，这就是为什么大多数在山墙部位出现“八”字形裂缝的原因，屋面保温隔热层越薄、材质越差，屋面板和墙体的相对位移越大，裂缝越明显。

3、 温度应力的计算

由于热胀冷缩，在砌体内产生的最大剪应力发生在房屋的端部，墙体端部最大剪应力：

τmax= Cx*α T*th（β*L/2）

β （1-1）

其中：αT =α2T2-α1T1，混凝土顶板和墙体自由变形差

β=Cx*t/（b*h*Es） （2-2）

τ---墙体顶端水平应力

Cx----水平阻力系数，混凝土板与墙体取0.3～0.6N/mm3

α1、α2----墙体、混凝土板线膨胀系数，砖砌体5*10-6，混凝土10*10-6.

T1、T2----墙、顶板温度

t----墙体厚度，mm

b----墙体承担的楼板宽度，mm

h----混凝土板厚度，mm

Es----混凝土的弹性模量，MPa

L----混凝土板长度，mm

式（1-1）中τmax为弹性剪应力，考虑升温较快，取应力松弛系数H（t）=0.7～0.8，则砌体的徐变剪应力为：τ*max=τmax * H（t）

对于顶层墙体，墙体的压应力较小，墙体的剪应力近似等于主拉应力。

计算简图如下：

板与顶层墙体相互约束简图

4、 温度裂缝计算实例

某六层住宅楼工程外墙开裂较多，西边山墙开口最大达4mm，经调查，屋面为现浇板H=100mm，砖墙厚24cm，M2.5，MU2.5混合砂浆砌筑，建筑物全长L=45.6米，屋面板截面最高平均温度48℃，砖砌体外墙最高平均温度为31℃。则温差引起的砖墙剪应力为：

先求：β=Cx*t/（b*h*Es）

=0.3*240/（2100*100*2.6*10000）

=1.148*10-4

则：τmax=CxαT *th（β*L/2） /β

=[0.3*（10*10-6*48-5*10-6*31）]*th（1.148*10-4*45.6*103/2） 1.148*10-4

=0.8493*0.9894

=0.84MPa

砌体的徐变剪应力τ*max=τmax *H（t）=0.84*0.7=0.588 MPa

而MU5、M2.5的砌體抗剪强度fv=0.1 MPa<τ*max=0.588 MPa，墙体因而出现温度裂缝。

5、 温度裂缝的控制措施

（1） 根据式（1-1）可知，墙体剪应力与温差成正比，规范因此而规定屋面要求设立保温隔热层，常用方法为炉渣保温加隔热板。但设立坡屋顶可以一举三得，既可以减少温差降低温度裂缝出现，又可以美化小区环境，并从建筑功能考虑，充分利用坡顶层，提高面积利用率，降低开发成本。

（2） 根据式（1-1）可知，墙体剪应力与Cx 成正比。因此可通过在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面设置水平滑动层来减少顶板与墙体的约束作用，滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片等。

（3） 根据式（1-1）可知，剪应力和建筑物的长度呈非线性关系，增加长度，剪应力随之增加。解决办法是沿房屋一定长度设置沉降缝，结构设计规范对此有明确规定。

（4） 按照规范有关要求设置构造柱、圈梁、分隔缝、拉结筋，按照施工规范要求选好材料、定好尺寸、算好时间、设好工序。

（5） 其他措施：顶层墙体增加保温抹灰层并设钢丝网片，门洞口周边设小构造柱、过梁并与主体结构可靠连接，平屋面保温层优先选用阻燃隔热XPS挤塑板等。

6、 温度裂缝的整治

沿裂缝两边各30cm左右划平行线，用切割机沿画线切缝，然后凿除面层及砂浆，露出底层，浇湿墙体，先刷一遍含有机硅的水泥浆，随刷随用聚合物水泥砂浆或纤维砂浆、膨胀剂减水剂砂浆打底，挂钢丝直径不小于1.2mm的网片，待底层七成干后抹面层水泥砂浆，浇水养护抹灰层一周，再补面层。如面层为外墙涂料，则刮腻子之前，沿施工缝勾小凹槽，小凹槽用与腻子颜色相近的耐侯胶封堵，然后再用腻子刮平，最后涂刷面层。上述住宅楼按此方法修补后，效果良好，未再出现大的裂缝。

参考文献：

1、 王振波、张卫东、杨春河：南京工业大学学报，第27卷第5期，2005年9月

2、 中国建筑工业出版社，《砌体结构设计规范》GB5003—2011，