第十章砖混结构裂缝分析实例

第十章砖混结构裂缝分析实例

返回总目录 第 10 章砖混结构裂缝分析实例 教学提示：砖混结构在今后长期仍将是广大农村覆盖面最广的一种结构形式。砖混结构脆而易裂，是影响建筑寿命的最大克星。研究和防治砖混结构裂缝问题是工程师一大职责。 教学要求：引导学生从砖混结构裂缝实例中去认识与总结砖混结构设计与施工中存在的问题，并对农村建设工作加强指导。 自从水泥问世以后，砖混结构就逐渐成了我国城镇建设的一种主要结构形式。尤其是建国以后，百废待兴，开始了大规模的建设，而木材与钢材资源却十分紧缺，平屋顶的砖混结构，无疑是节约木材与钢材的最佳选择。即便在今后长期的广大农村建设中，砖混结构仍然将是最受欢迎的。但是砖混结构的最大特点就是抗裂能力偏低，尤其是多层平顶砖混结构，如果以单体工程为统计单位，真可以说无房不裂。因此自从 20 世纪 50 年代末以来，国内国外工程学术界就对砖混结构裂缝问题给予了充分的关注，也取得了很多成果。但是关于在实际工程中如何有效地控制砖混结构裂缝这一课题，仍然有很多研究工作需要做。本章将结合一些工程实例作一些探讨。 砖混结构裂缝的普遍性与严重性 典型砖混结构裂缝调查六例 砖混结构裂缝的特征及产生原因 本章内容 思考题与习题 砖混结构裂缝的普遍性与严重性 由于砖混结构中竖向承重构件 —— 砖墙、砖柱的材料来源广泛，易就地取材，施工简便，以手工操作为主，因而造价相对低廉，所以得到了广泛的应用。大量住宅、宿舍、办公楼、学校、医院等单层或多层建筑大多采用砖、石或砌块墙体 ( 承重、分隔、围护作用 ) 和钢筋混凝土楼盖共同组成的混合结构体系。 砌体属于脆性材料，本身抗裂能力低；砌体与钢筋混凝土之间在材料性质上有很大的差别，变形协调性较差，这些都是造成砌体结构裂缝现象比较严重的原因。当然引起砌体结构质量缺陷和质量事故的原因是多方面的，现综述如下。 砖混结构裂缝的普遍性与严重性 一 . 设计方面主要原因 (1) 设计马虎，草率参照或套用相类似工程的施工图样作设计，而不进行校核和计算。 (2) 结构方案欠妥，比如空旷房屋的整体刚度问题、稳定性问题没有得到关注。 (3) 满足于墙体总的承载力的计算，但忽视了墙体稳定性和局部承压的验算。 (4) 强调计算结果，忽略构造要求。 二 . 施工方面原因 (1) 砌筑质量差。砌体结构为手工操作，而墙体强度的高低与砌筑质量有密切关系。施工管理不善、质量把关不严是造成砌体结构事故的重要原因。 (2) 在墙体上任意开洞，或拆了脚手架，但脚手眼未及时填好或填补不实，过多地削弱了结构构件截面。 砖混结构裂缝的普遍性与严重性 (3) 在施工过程中，对一些高大墙体未加临时支撑，如遇到大风大雨等不利因素将造成失稳破坏。 (4) 砂浆配合比不准确，或含杂质过多，因而本身强度不足，或保水性差、流动性差，都会造成墙体承载力下降，严重的会引起倒塌。 如上所述，砌体结构不可避免会出现各种裂缝。一些裂缝，虽不影响建筑物的近期使用，也不影响建筑物结构的承载力、刚度及完整性，但会降低砌体结构的耐久性。还有一些裂缝表现为采用材料的强度不足，或表现为结构构件截面尺寸不够，或表现为连接构造质量不可靠。这类裂缝威胁到结构的承载力和稳定性，如不及时治理，可能导致局部或整体的破坏，会带来人员的伤亡和经济上的巨大损失。 典型砖混结构裂缝调查六例 一 . 砖砌体因承载力不足造成的质量事故 某三层轻工业厂房，预制楼板，现浇两跨钢筋混凝土连续梁，外砖墙内砖柱承重；砖柱截面 490mm×490mm ，采用 MU10 砖、 M10 水泥混合沙浆砌筑；基础为三七灰土，上砌毛石，砖墙基础底面宽 1300mm ，砖柱基础底面积为 1400mm×1400mm ，地基设计承载力 ƒ=150kN/m2 ，如图 10.1(a) 、 (b) 所示。该房屋主体结构完工时，几个底层砖柱就发生严重的竖向裂缝。其中最严重的位于⑧轴线，裂缝最宽处达 8mm ～ 10mm ，长 1.5m 左右，说明该砖柱已濒临破坏，如图 10.1(c) 所示。发现裂缝后，随即对各层砖柱进行加固，加固方案为四角外包角钢∟ 75mm×75mm×6mm ，角钢间用缀条连接，如图 10.1(d) 所示，但加固方案并未能取得成效。 典型砖混结构裂缝调查六例 典型砖混结构裂缝调查六例 事故原因分析和处理如下： (1) 中间砖柱承载力按轴心受压算允许承载力只有 913.36kN ，而该柱所承受的荷载 ( 算至  0.000 标高 ) 却有 1166kN 。超载 252.64kN 。由于施工质量不高，该柱在恒载和施工荷载作用下就产生了裂缝。 (2) 柱基础底面积按计算需要 9.74m2 ，实际只有 1.96m2 ，仅及计算需要的 20.3% 。远不能满足实际需要。结构完工时，基础之所以未发生过大沉降的原因：一是由于柱基受力尚未达到设计荷载；二是由于实际地基承载力大于 150kN/m2 ；而因柱身的砌筑质量太差，其实际承载力远低于计算承载力。因而率先开裂，掩盖了地基的危险因素。 (3) 本例事故原因主要是设计问题。不得不将原内砖柱承重方案改为砖墙承重方案，新添内纵横墙及其基础，将大房间改为小房间。这样，楼面荷载由梁直接传给新添墙及基础。这个修改方案虽然解决了结构问题，但在使用上却带来了很大不便。 典型砖混结构裂缝调查六例 二 . 一起偶然的设计失误引起的反思 某工程为三层砖混结构，现浇钢筋混凝土楼屋盖，双向支承楼板，四角区布置的大房间中各有一根钢筋混凝土大梁，如图 10.2 所示。此工程竣工后，设计复查发现大梁计算跨中弯矩错了一位小数点 ( 将 65.66kN·m 错写成 6.566kN·m) ，因而大梁主筋截面面积只及所需面积的 30% ，按理，它甚至无法承受楼盖自重。但是，令人惊奇的是实际结构却已经受了使用考验， 50 ～ 60 人在室内举行过多次会议，并曾堆积重物，而楼盖毫无破坏象征。经详细检查，仅发现二楼大梁上有宽度小于 0.2mm 的微细裂缝，其余梁上的裂缝更小。说明其实际拥有的承载力和安全度完全满足需要。 典型砖混结构裂缝调查六例 典型砖混结构裂缝调查六例 后来还通过全面的荷载实验和调查分析，也证实了出现以上意外结果实际上并不奇怪，原因是以下几点。 1. 墙体对大梁支座的约束作用 梁端插入砖墙，在计算简图中视作铰支座，但与实际情况出入较大。因为梁端支承处有墙体压住，梁垫和圈梁与大梁整浇在一起，因而梁端的角变形受到部分约束。这样，当大梁受载后，梁端会产生一定的负弯矩。 (1) 二层大梁在 30kg 、 60kg 、 90kg 、 120kg 、 150kg 、 200kg/m2 分级加载的楼面荷载作用下，梁端约束弯矩的平均值约为按简支梁计算跨中最大弯矩的 70 ％；在 200kg/m2 荷载作用下的跨中最大挠度只有 0.508mm ，相当于 ƒ/ L =1/9850 ； (2) 三层大梁在 50kg 、 100kg 、 150kg 、 250kg/m2 分级加载的楼面荷载作用下，梁端约束弯矩的平均值为按简支梁计算跨中最大弯矩的 50% ；在 250kg/m2 荷载作用下的跨中最大挠度只有 0.741mm ，相当于 ƒ/ L =1/6750 ； 典型砖混结构裂缝调查六例 (3) 二、三层大梁卸载后的残余变形分别只有最大挠度的 6.3% 和 6.2% 。 这个试验说明，当有梁端墙体对梁端角变形的约束时，梁的跨中弯矩会有所减小。当梁端上面所受的压力较大时 ( 如二层 ) ，梁跨中弯矩可减少 50% 左右；当这种压力较小时 ( 如三层 ) ，梁跨中弯矩可减少 30% 左右。推而广之，当这种压力为零约束完全放松时，梁跨中弯矩减少值也为零，也就是达简支梁跨中最大弯矩的理论值。 (4) 实验结果表明，梁端的约束程度还没有充分得到发挥。实际上，在墙体内得到安全嵌固，并与梁垫和圈梁浇筑成整体的梁头完全可以满足固端约束的要求。那么，跨中最大弯矩就可以从下降到，也就是下降到 30% 左右。歪打正着，本例由于设计上的偶然过失，少配了跨中弯矩受力筋。而实际上却正满足了结构受力的实际需要，否则，就是浪费。 典型砖混结构裂缝调查六例 2. 材料实际强度超过计算强度 用回弹仪和混凝土强度测定锤测得的梁身混凝土强度均大于 300kg/cm2 ，超过设计标号 (C15 号 ) 甚多。根据现场剩余钢筋试验得到的屈服应力均大于 2960kg/cm2 ，也超过钢筋设计时的计算强度 2400kg/cm2 。由此估算大梁的承载力可增大约 23% 。 3. 楼盖面层参与受力 楼板上有焦渣混凝土层和水泥沙浆抹面层，两者共厚 90mm ，而且质地密实，和楼板粘结情况良好。这样，大梁的截面有效高度增加了，约可提高梁的承载能力的 10% 。 4. 板和梁的共同作用 本设计在计算梁上荷载时不考虑梁板的共同作用，梁所承受的荷载就是板传给梁的支座反力。但实际上梁在荷载作用下会发生变形 ( 下垂 ) ，因而板上的荷载要发生重分布。原来传给梁的荷载有一部分直接通过板传递给四周的墙，实际上传给梁的荷载减少了。 如用弹性理论考虑梁、板的变形协调，计算得出板与梁交接处的内力，就能算出梁所承受的实际弯矩。实际弯矩约比原计算弯矩小 9.5% 左右。 典型砖混结构裂缝调查六例 5. 以上分析说明本工程中的大梁可以继续使用，不需要进行加固 根据以上案例来检讨流行的一些砖混结构构件的理论计算方法和现行的一些规范条文，认为理论与实际之间有时相去甚远，值得反思。 理论计算上的力学模型与结构的实际传力途径产生脱节。可以说在砖混结构中，并没有完全的简支构件，即使是全预制梁板，也并非完全简支。何况对于设计安全水准日益提高，结构整体刚度和承载力标准日益提高的以现浇梁板为主的当代砖混结构来说楼、屋面梁板，基本上都是处于部分约束甚至是全部约束条件下。而习惯中的设计方法则仍然是以偏于安全考虑为理由，一律按简支的力学模型来进行构件的内力计算，与实际情况不符。本案例是一个颇为典型，很有说服力的案例。 理论分析与工程实践证明，现今的砖混结构楼屋面板的板端基本上是完全嵌固在圈梁与墙体内的，不可能是简支，支座负弯矩一般均要大出跨中正弯矩 2 ～ 3 倍。而习惯上的板支座配筋和规范条文规定的板支座结构配筋，均远远不能满足实际需要。 工程事故分析呼唤理论要更进一步结合实际。 典型砖混结构裂缝调查六例 三 . 砖砌体结构整体失稳引发的坍塌事故 1. 工程概况 1997 年 7 月 12 日，某县发生一起建筑面积 2500m2 的五层半砖混结构住宅楼倒塌的特大事故，造成 36 人死亡， 3 人受伤，直接经济损失达 860 万元。 经全面调查认为，造成这起事故的原因是多方面的。主要原因是该楼房工程质量低劣，砖基础侵水失稳，导致整楼坍塌。 2. 直接原因 (1) 该楼基础砖墙质量低劣 ( 主要是材料不合格，施工不规范 ) 。一是砖的强度低，设计要求使用 l00 号砖，但实际使用的都明显低于 75 号，而且基础砖墙的砖匀质性差，受水浸泡部分的砖墙破坏后呈粉末状；二是对工程抽样检验的六种规格钢筋有五种不合格；三是断砖集中使用，形成通缝，影响整体强度；四是按规范要求应使用中、粗砂，实际使用的是特细砂，含泥量高达 31% ，砌筑砂浆强度仅在 M0.4 以下，粘结力很差。 典型砖混结构裂缝调查六例 (2) 擅自变更设计。设计图纸要求对基础内侧进行回填土，并夯实至 ±0.000 标高，但在建造过程中，把原设计的实地坪改为架空板，基础内侧未回填土，形成积水池。由于基础下有天然隔水层，地表水难以渗透，基础砖墙内侧既无回填土，又无粉刷，长时间受积水直接浸泡，强度大幅度降低。由于砖基础在受到水压力与土压力的重复作用，其稳定性显然成了最危险的薄弱环节。是年 7 月 8 日至 l0 日，发生洪灾，该住宅楼所处小区基础设施不配套，无截洪、排水设施，造成该住宅楼砖墙脚和砖基础严重积水浸泡，强度大幅度降低，稳定性严重削弱，这是造成事故的直接原因。 3. 间接原因 凡是出现类似严重的工程事故，必与政府有关建设管理部门无所作为、管理松弛有关，导致了从开发建设的程序管理到具体的设计与施工管理紊乱无章，不堪收拾。因此经调查被认定为一起工作人员玩忽职守，管理紊乱引起的重大责任事故。 典型砖混结构裂缝调查六例 四 . 砖柱组砌工艺不规范引起房屋倒塌 1. 工程及事故概况 某地区建一座四层楼住宅，长 61.2m ，宽 7.8m 。砖墙承重、钢筋混凝土预制楼盖，局部 ( 厕所等 ) 为现浇钢筋混凝土。图纸为标准住宅图。唯一改动的地方为底层有一大活动室，去掉了一道承重墙，改为 490mm×490mm 砖柱，上搁钢筋混凝土梁。置换时，经计算确认承载力足够。但在楼盖到四层时，该独立砖柱压坏而引起房屋大面积倒塌。 2. 计算复核 房屋结构为标准图，已经过考验，而且工程地质条件良好，并无地基下沉失效等情况。据现场倒塌情况判断，倒塌原因显然是由砖柱被压酥引起的。设计砖的强度等级为 MU7.5 ，有出厂证明并经验收合格。设计砂浆强度等级为 M5 。现验算如下。 典型砖混结构裂缝调查六例 荷载计算：结构恒载 N G=140.5kN ，使用荷载 N Q=80.37kN 图 10.3 砖柱包心砌法 则设计荷载： N 设 =1.2 N G+1.4 N Q=1.2×140.5+1.4×80.37=281kN 刚性方案，砖柱高取： H 0=3.2+0.5( 地面以下到大放脚 )=3.7m 高厚比： β =3.7/0.49=7.55 砖 MU7.5 ，沙浆 M5 ，查得砌体强度 f =1.37N/mm2 承载面积 A =0.49×0.49=0.24m2 2 ＜ 0.3m2 故应取强度降低系数  a=0.7+ A =0.7+0.24=0.94 按中心受压柱计算由 β =7.55 及 M5 查得  =0.915 可得 N u =  afA =0.915×0.94×1.37×0.24×106 =0.2828×106N=282.8kN>281kN 可见原设计可满足要求。但施工过程中采用包心砌法。如图 10.3 所示。且砂浆强度达不到要求，按实际情况计算，按 MU7.5 ， M0.4 查得 f =0.79N/mm2 ，考虑到柱芯起不到作用，承重面积减为 0.49×0.49 － 0.24×0.24=0.1825m2 典型砖混结构裂缝调查六例 这样，砖柱承载力 N u =0.915×0.94×0.79×0.1825×106=0.124×106N=124kN  0=124/281=0.441 由于实际承载力与设计承载力相差太远，发生倒塌是必然的了。 由以上分析可知，违反施工技术规范的包心砌法，质量不能保证，其总承载力会大大降低，因此包心砌法引起的事故屡见不鲜，必须引起重视。 五 . 温度应力造成砌体结构倒塌事故 1. 事故概况 某供销社的建筑为三层混合结构，平面布置呈 T 字形，前面沿大街的大开间为营业厅，后面为住宅及办公用房。底层层高为 4m ，二、三层的层高为 3.7m 。地基良好，基础为毛石砌筑，承重墙为砖砌 24 墙。住宅及办公室开间 4.8m ，现浇钢筋混凝土楼盖。营业大厅进深 9m ，采用 300mm×800mm 断面的梁，梁板均为现浇，大梁支于宽 1000mm ，厚 240mm ，加 370mm×240mm 附壁柱的窗间墙上。墙体每层均设置圈梁，截面 240mm×240mm ，配筋 4φ12 。在 B 、 E 轴线上的大厅大梁与住宅、办公室区段的外墙圈梁连成整体，未设伸缩缝。 典型砖混结构裂缝调查六例 该工程于 1976 年夏季开工， 1977 年 4 月中施工到第三层窗口上沿齐平，营业厅部分突然全部倒塌。轴线①上的窗间墙全部倒向厅内，第二层楼面的轴线①上的梁头全部落地，而轴线②梁的支座基本上未动，但梁被折断。三层楼面与住宅脱开而下坠。经现场检查认定，施工质量合格，地基良好无下沉迹象，现浇梁板配筋，均偏于安全，倒塌原因曾引起争议。 典型砖混结构裂缝调查六例 2. 原因分析 因为营业厅倒塌是从底层砖墙破坏开始的。因而人们大都倾向于事故是由于营业厅带砖垛的窗间墙承载力不足引起。但经反复验算，按 MU5 砖及 M5 砂浆等级计算，底层砖垛承载力 N u =  fA =361.68kN ，即令砂浆等级取 M1 ，仍可达 N u =263kN ，而设计所需承载力仅为 253.7kN ，可见承载力可满足要求。既然砌筑质量合格，则认为窗间墙不是倒塌原因。 进一步分析可以确认事故真正原因是温度应力造成的。砖混结构的温度应力是人们熟知的，但通常不进行计算，如建筑物长度过长，一般按规范要求设置伸缩缝。即使有些建筑未设置伸缩缝，造成了墙体开裂，但一般不会导致房屋倒塌，因而设计人员往往对此不特别重视。这里，因平面体型特殊，温度应力成为了引起房屋倒塌的主要原因。如图 10.4(a) 所示。可见在楼盖下的纵墙上有八字型裂缝。这是由于降温冷缩造成。因混凝土与砌体的温度线形系数不同，且混凝土干缩量大。 典型砖混结构裂缝调查六例 楼房于夏季开工，施工到二层楼板时尚在初秋 ( 当地最高气温在 30℃ 以上 ) ，而随着施工进展，进入冬季 ( 平均气温在 1℃ ～ 5℃) ，钢筋混凝土楼盖 ( 包括圈梁 ) 冷缩较大而受到砌体的制约，当砌体 的强度不足以抗拒时而发生裂缝。在一般情况下，砌体一旦开裂，则等于约束解除，应力释放，残余变形不大，不致危及安全。但在本案例的特殊情况下，在轴线⑩处，应力释放后应无问题。而在轴线②与①处，则因 B 、 E 轴线上大梁与外墙圈梁相连成整体，混凝土梁冷缩产生的拉力顺大梁直接传到了轴线①外墙上，再加上轴线 C 、 D 梁的冷缩力共同作用，从而造成窗间墙内倾、倒塌，继而梁头下沉，最终造成整体倒塌事故。 六 . 地基土冻胀引起砌体结构开裂事故 北京某饭厅为 29.5m 的大跨度两铰木结构，钢筋混凝土单独基础，砖围护墙。饭厅正门向东。沿南、北外纵墙各有三个边门斗，均为砖墙承重，钢筋混凝土屋面， 200mm 深浅埋式的灰土基础。该饭厅冬季建成，建成后北部三个门斗墙上出现 45° 方向斜裂缝，其形状都是从窗口上下角开始向墙角发展，裂缝最宽处 2mm ～ 3mm ，上下两头尖细。南部三个门斗完好无损，如图 10.5 所示。 典型砖混结构裂缝调查六例 起初，曾怀疑北侧地基不好，主体结构下沉，但经观察，主体结构并无明显沉降。后来挖开北部门斗基础，发现埋深仅 200mm ，基础下面土的颗粒间有冰渣。仔细观察北门斗地面，有隆起现象，离北纵墙愈远处地面隆起愈高。相反，挖开南部门斗基础，虽埋深相同，但基础下面土未遭冻结，地面也无隆起现象。接着在北纵墙附近日照阴影范围内的天然地面挖坑，发现地面下 450mm 深度以内的粉土层均已冻结；相反，在南墙根类似地面挖坑，却无冻结现象。 因此可以确认，北门斗墙开裂是由于墙基埋深太浅遭受土的不均匀冻胀力的结果 ( 北门斗内部冻结深度浅、冻结力小，而外部冻结深度深、冻胀力大 ) ；南门斗下土层因有日照影响未曾冻结。处理措施是立支柱将北门斗屋面板顶起，将侧墙和墙基拆除，重新做素混凝土基础，埋置深度为室外地坪下 600mm 处。按此做法处理后，冻结病害得到根治。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 一 . 砖混结构墙体上的正八字型裂缝 在砌体结构的顶层墙体上和底层墙体上比较容易发生一些斜向裂缝，通常位于窗的上下对角线上，成 45° 斜向发展，左右对称而形成正八字型裂缝。如图 10.6 所示。它的产生原因主要有以下几点。 1. 外界环境温度的变化 砌体结构的屋盖一般是采用钢筋混凝土材料。墙体是采用砖或砌块。这两者的温度线膨胀系数相差比较大，钢筋混凝土的线膨胀系数为 1.0×10-5 ，砖墙的温度线膨胀系数为 0.5×10-5 。所以在相同温差下，混凝土构件的变形要比砖墙的变形大 1 倍以上。两者的变形不协调就会引起因约束变形而产生的附加应力。当这种附加应力大于砌体的抗拉应力时就会在墙体中产生裂缝，当温度下降板面冷缩量大于墙体冷缩量时，就会出现正八字型裂缝，如图 (a) 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 2. 地基不均匀沉降 支承整栋房屋的下部地基会发生压缩变形，当地基土质不均匀或作于地基上的上部荷载不均匀时，就会引起地基的不均匀沉降，使墙体发生变形，而产生附加应力。当这些附加应力超过砌体的抗拉强度时，墙体就会出现裂缝，而且当房屋中间部分沉降过大，两边沉降过小时，就会出现正八字型裂缝，如图 (b) 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 3. 地基的冻胀 地基土上层温度降到 0℃ 以下时，冻胀性土中的上部水开始冻结，下部水由于毛细管作用不断上升在冻结层中形成冰晶，体积膨胀，向上隆起可达几毫米至几十毫米，其折算冻胀力可达 2×106MPa ，而且往往是不均匀的，建筑物的自重往往难以抗拒，因而建筑物的某一局部就被顶了起来，引起房屋开裂，当房屋两端冻胀较多，中间较少时，在房屋两端门窗口角部产生形状为正八字型斜裂缝，如图 (c) 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 二 . 砖混结构墙体上的倒八字型裂缝 在砌体结构的顶层墙体上和底层墙体上，也容易发生位于窗的上下对角线上成 45° 斜向发展，左右对称而形成的倒八字型裂缝，它的产生原因主要有以下几点。 1. 地基的冻胀 当房屋两端冻胀量较小，中间较大时，在房屋两端门窗口角部位会产生形状为倒八字形斜裂缝，如图 (a) 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 2. 地基不均匀沉降 不均匀沉降发生后，沉降大的部分砌体与沉降小的部分砌体产生相对位移，从而在砌体中产生附加的拉力和剪力。当这种附加内力超过砌体强度时，砌体中便产生裂缝。裂缝大致与主拉应力方向垂直，裂缝倾向一般朝沉陷大的部位，当房屋的两端沉降过大，就出现倒八字裂缝，如图 (b) 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 3. 温度变化的影响 当外界温度上升时，钢筋混凝土屋盖的热胀量大于砌体结构墙体的热胀量，从而在墙体与顶板接触的界面上产生一组向外的剪胀力，这组水平剪胀力与垂直压应力组合成的主拉应力值超过墙体的抗拉强度就出现了倒八字裂缝，如图 (c) 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 三 . 砖混结构墙体上的垂直裂缝 砌体结构在荷载和变形的作用下，在一些部位易出现垂直裂缝，其原因较为复杂，一般有以下几种。 1. 温度的影响 房屋在正常使用条件下，当墙体很长时，由于温缩和干缩，会在墙体中间出现垂直贯通裂缝，而且可能使楼 ( 屋 ) 盖裂通，如图 10.8(a) 所示。同时在房屋楼盖错层的端部、圈梁的端部，外廊和雨蓬梁的端部会出现局部的垂直裂缝，如图 10.8(b) 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 2. 荷载作用的影响 (1) 因墙体不同部位的压缩变形差异过大而在压缩变形小的部分出现垂直方向的剪胀裂缝，如图 10.9(a) 所示，底层窗下墙上的垂直裂缝。 (2) 因墙体中心压力过大，在墙体出现垂直裂缝，裂缝平行于压力方向，先在砖长条面中部断裂，沿竖向砂浆缝上下贯通，贯通裂缝之间还可能出现新的裂缝，如图 10.9(b) 所示，为典型的剪切裂缝或剪拉裂缝。 (3) 因墙体受到与砖顶面平行的拉力，而在墙体中出现垂直裂缝，裂缝垂直于拉力方向，沿竖向砂浆缝和水平砂浆缝形成齿缝，或由于砖受拉后断裂，沿断裂面和竖向砂浆缝连成通缝，成为垂直裂缝，如图 10.9(c) 所示，为典型的轴拉裂缝。 (4) 当墙体为小偏心受压时，在近压力的一侧会发生平行于压力方向的垂直裂缝，它出现在沿砖长条面中部断裂并沿竖向砂浆缝上下贯通，如图 10.9(d) 所示，为压剪裂缝。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 (5) 当墙体在局部压力作用下，也会在一定范围内出现垂直裂缝。如果局部面积较大时，在局部受压界面附近的局压面积以内，形成平行于压力方向的密集竖向裂缝，受压砖块断裂，甚至被压酥，如图 10.9(e) 所示。如果局压面积较小时，在局部受压界面附近的局压面积以内，形成大体平行于压力方向的纵向劈裂裂缝，如图 10.9(f) 所示，均为压屈碎裂前的剪胀现象。 (6) 在水平灰缝中配有网状钢筋的配筋砌体。在压力的作用下，会把网状钢筋片之间的砌体压酥，出现大量密集、短小，平行于压力作用方向的裂缝，如图 10.9(g) 所示，为压屈碎裂现象。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 砖混结构裂缝的特征及产生原因 (7) 由于水平地震作用使墙体发生横向水平位移，会在纵墙或纵横墙交接处产生垂直裂缝。按砌体质量不同大体上分为以下几种情况。 当纵墙横墙分别施工，留有“马牙槎”时，垂直裂缝常表现为锯齿形，如图 10.10(a) 所示。 当砖块强度很低或者砌筑中纵墙留有槎时，垂直裂缝表现为直线形，如图 10.10(b) 所示。 当水平地震作用很大而砌筑质量又不佳时，有些纵墙上的竖向裂缝会发展到使纵墙向外倾倒。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 四 . 砖混结构墙体上的水平裂缝 在墙体上引起水平裂缝出现的原因主要有温度变形和荷载作用，以及地震作用。下面分析一下这几个原因。 1. 温度的影响 不少房屋的女儿墙建成后不久即发生侧向变形，即在女儿墙根部和平屋顶交接处砌体外凸或女儿墙外倾，造成女儿墙墙体开裂。这种开裂缝有的在墙角，有的在墙顶，有的沿房屋四周形成圈状，如图 10.11(a) 、 (b) 所示。其规律大体是短边比长边严重，房屋愈长愈严重。产生这种现象的主要原因是气温升高或降低后，混凝土屋顶板和水泥沙浆面层沿长度方向的伸长或缩短变形比砖墙体大，砖墙阻止这种伸长或缩短，混凝土顶板就对砖墙砌体产生外推力或内挤力造成裂缝。温度愈高，房屋长度愈长，面层愈密实愈厚，这种外推力或内挤力就愈大，裂缝就愈严重。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 砖混结构裂缝的特征及产生原因 无女儿墙的房屋有时外墙上还会出现端角部的包角缝和沿纵向的水平缝。裂缝位置在屋顶底部附近或顶层圈梁底部附近。裂缝深度有时贯通墙厚。图 10.12 表示这种裂缝的情况和产生的原因。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 在比较空旷高大的房屋的顶层外墙上，常在门窗口上下水平处出现一些通长水平裂缝，有壁柱的墙体常连壁柱一齐裂通。也是因温度变化后屋面板的纵向变形比墙体大，外墙在屋面板支承处产生水平推力的缘故，如图 10.13 所示。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 2. 荷载的影响 当墙体或砖柱高厚比过大，在荷载的压力下丧失稳定，在墙体中部突然形成水平裂缝，严重时可使墙面倒塌，如图 10.14(a) 所示。 当墙体中心受拉 ( 拉力与砖顶面垂直 ) ，则会产生水平裂缝，裂缝垂直于拉力方向，即在水平砂浆缝与砖的界面上形成通缝，如图 10.14(b) 所示。 当墙体受到较大的偏心压力，则可能在远离压力一侧出现垂直于压力方向的水平裂缝，即在水平砂浆缝与砖界面上形成通缝，如图 10.14(c) 所示。 当墙体受到水平推力，可能沿水平砂浆缝面形成较长的水平裂缝，这是由于水平推力所产生的剪力超过砂浆的抗剪强度所引起的。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 3. 地震作用的影响 水平地震作用会在墙体上产生沿墙长度方向的水平裂缝，产生的原因有以下几项。 因墙体与楼盖的动力性能不同使彼此在水平地震作用下发生错动，以致墙体在砌体截面变化处被剪断，如图 10.15 所示。 (2) 因墙体发生局部弯折而产生，常出现在空旷房屋的外纵墙或山墙上，如图 10.15 所示。 4. 膨胀土胀害作用影响 膨胀土地基上的砖混结构是墙上水平裂缝出现几率最高的，将在后面第 13 章专门介绍。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 五 . 砖混结构墙体上的交叉裂缝 与钢结构和钢筋混凝土结构相比，砌体结构的抗震性能是较差的。地震烈度为 6 度时，对设计不合理或施工质量差的房屋就会产生裂缝。当遇到 7 ～ 8 度地震时，砌体结构的墙体大多会产生不同程度的裂缝，标准低的一些砌体房屋还会发生倒塌事故。 地震引起的墙体裂缝大多呈 X 型，如图 10.16 所示。这是由于墙体受到反复作用的剪力所引起的。 砖混结构裂缝的特征及产生原因 六 . 砖混结构墙体上的树杈形杂乱裂缝 在砌体结构房屋的四周外墙和某些内墙上，有时会出现许多杂乱无章的树杈形裂缝，这类裂缝产生的机理最为复杂，膨胀土地基的反复胀缩变形是产生这类裂缝的主要原因，将在后面第 14 章作机理分析。 思考题与习题 1. 试谈谈砖混结构裂缝现象普遍存在的原因。 2. 试举出一个砖混结构承载力不够引起裂缝的实例。 3. 试举出一个砖混结构温度应力引起结构裂缝的实例。 4. 试谈谈砖混结构各种裂缝的生成机理。 5. 砖混结构砖墙上出现的地基沉降裂缝有哪些特征？