摘 要:本文分析了砌體結(jié)構(gòu)裂縫的成因,對溫度裂縫、收縮裂縫以及沉降裂縫的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析,提供了溫度應(yīng)力、溫度變形和干縮變形的估算方法,討論了影響砌體結(jié)構(gòu)開裂的因素。針對這些影響因素提出了預(yù)防措施
關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu) 變形裂縫 產(chǎn)生機(jī)理 溫度變形 干縮變形 預(yù)防措施
目前,砌體結(jié)構(gòu)的房屋出現(xiàn)各種型式的裂縫,非常常見。其裂縫程度輕重不一,差別很大。輕則影響房屋正常使用和美觀,嚴(yán)重的將形成結(jié)構(gòu)安全隱患,甚至發(fā)生工程事故。隨著住宅商品化的發(fā)展,房屋裂縫問題越來越引起人們的關(guān)注。
1、裂縫的類型及成因
按裂縫的成因,墻體裂縫可分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類。各種直接荷載作用下,墻體產(chǎn)生的裂縫稱為受力裂縫。而砌體因收縮、溫度、濕度變化,地基沉陷不均等引起的裂縫是非受力裂縫,又稱變形裂縫。砌體房屋的裂縫中變形裂縫占80%以上[1],其中溫度裂縫更為突出。相對于受力裂縫,變形裂縫的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素復(fù)雜得多,本文主要分析砌體結(jié)構(gòu)的變形裂縫。
1.1砌體房屋的溫度變形
1.1.1 溫度裂縫的主要形態(tài)
最常見的溫度裂縫出現(xiàn)在混凝土平屋蓋房屋的頂層兩端墻體和山墻上。如在門窗洞邊的正“八”字斜裂縫、山墻上部的斜裂縫、平屋頂下或屋頂圈梁下沿磚(塊)灰縫的水平裂縫、以及水平包角裂縫(包括女兒墻)等。
溫度裂縫是造成墻體早期裂縫的主要原因。這些裂縫一般經(jīng)過一個冬夏之后才逐漸穩(wěn)定,不再繼續(xù)發(fā)展,裂縫的寬度隨著溫度變化而略有變化。溫度裂縫有明顯的規(guī)律性:兩端重中間輕,頂層重往下輕,陽面重陰面輕。
1.1.2 溫度裂縫產(chǎn)生機(jī)理
對于磚砌體的結(jié)構(gòu),磚砌體的線膨脹系數(shù)5×10-6,是混凝土的一半。當(dāng)外界溫度升高時,混凝土頂蓋變形大,墻體變形相對較小,導(dǎo)致磚砌體和混凝土屋蓋之間產(chǎn)生約束應(yīng)力。使屋蓋受壓,墻體受拉、受剪。當(dāng)約束條件下溫度變形引起的溫度應(yīng)力足夠大時,墻體就會產(chǎn)生溫度裂縫。
混凝土砌塊墻體的線膨脹系數(shù)與混凝土屋蓋相同。在夏季陽光照射下,兩者之間存在一定的溫差。屋面溫度可達(dá)40℃~50℃,而頂層外墻平均溫度約為30℃~35℃。屋面和頂層外墻存在10℃~15℃的溫差,兩者的溫差可能引起墻體開裂。另外,從材料上看,相同砂漿強(qiáng)度等級下抗拉、抗剪強(qiáng)度混凝土砌塊比磚砌體小了很多,沿齒縫截面彎拉強(qiáng)度僅為磚砌體的30%~35%,沿通縫彎拉強(qiáng)度僅為磚砌體的45%~50%,抗剪強(qiáng)度僅為磚砌體的50%~55%。因此,在相同受力狀態(tài)下,混凝土砌塊抵抗拉力和剪力的能力要比磚砌體小很多,所以更容易開裂。
1.1.3 溫度應(yīng)力的估算
砌體結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力可通過下式估算[2]:
(1-1)
(1-2)
當(dāng)頂板與墻體材料不同時,
式中,Cx-水平阻力系數(shù),混凝土板與墻體Cx=0.3~0.6N/mm3,混凝土板和鋼筋混凝土圈梁Cx=1.0N/mm3;
t-墻厚;
b-一面墻負(fù)擔(dān)的樓板寬度;
h-頂板厚度;
Es-混凝土的彈性模量;
α1-墻的線膨脹系數(shù),磚砌體5×10-6;
α2-頂板線膨脹系數(shù),混凝土10×10-6;
T1-墻的溫度;
T2-頂板的溫度;
L-墻長。
式(1-1)中τmax為彈性剪應(yīng)力??紤]升溫較快,取應(yīng)力松弛系數(shù)H(t)=0.7~0.8,則砌體的徐變剪應(yīng)力為:
(1-3)
對于頂層墻體,墻體的壓應(yīng)力較小,墻體的剪應(yīng)力近似等于主拉應(yīng)力。根據(jù)式(1-1),墻體的剪應(yīng)力與溫差、水平阻力系數(shù)Cx以及建筑物長度有關(guān)。
從式(1-1)可知,墻體剪應(yīng)力與溫差成正比。因此,采取隔熱措施以減少溫差,可達(dá)到減小主拉應(yīng)力的目的;墻體剪應(yīng)力與成正比。如水平阻力系數(shù)Cx降低30%,則剪應(yīng)力降低16%。因此,可通過在鋼筋混凝土屋面板與墻體圈梁的接觸面處設(shè)置水平滑動層來減少頂板與墻體的約束作用,滑動層可采用兩層油氈夾滑石粉或橡膠片等[3];剪應(yīng)力和建筑物的長度呈非線性關(guān)系,增加長度,剪應(yīng)力隨之增加。
1.1.4 溫度變形的估算
粘土和混凝土砌體都有與溫度變化成比例的特性,溫度變形的大小可以根據(jù)熱膨脹系數(shù)計(jì)算。構(gòu)件受到溫度變化為△T的構(gòu)件,長度變化△L可以表達(dá)為
(1-4)
其中,△L-溫度變形;
α-熱膨脹系數(shù),磚砌體5×10-6,混凝土砌塊10×10-6;
L-受到溫度變化的構(gòu)件長度;
△T-溫度變化。
1.2 砌體房屋的收縮變形
1.2.1 收縮裂縫的形態(tài)
因砌塊收縮引起的墻體裂縫,在混凝土砌塊房屋中比較普遍。在內(nèi)外墻、在房屋的各層均可能出現(xiàn)。干縮裂縫形態(tài)一般有:⑴在墻體中部出現(xiàn)的階梯形裂縫;⑵環(huán)塊體周邊灰縫的裂縫;⑶在外墻的窗下墻出現(xiàn)豎向均勻裂縫;⑷山墻等大墻面出現(xiàn)的豎向、水平向裂縫。收縮裂縫一般多出現(xiàn)在下部幾層,有的砌塊房屋山墻大墻面中間部位出現(xiàn)了由底層一直延伸至3、4層的豎向裂縫。
由于砌筑砂漿強(qiáng)度不高,灰縫不飽滿,干縮引起的裂縫往往呈發(fā)絲狀分散在灰縫縫隙中,清水墻時不易被發(fā)現(xiàn),當(dāng)有粉刷抹面時就顯露出來。干縮引起的裂縫寬度不大,且裂縫寬度較均勻。
1.2.2 收縮裂縫的產(chǎn)生機(jī)理
粘土砌體和混凝土砌體對含水率變化的反應(yīng)不同。粘土砌塊隨含水率的增加而膨脹。在含水率降低時磚不會收縮。即這種膨脹不會因?yàn)樵诖髿鉁囟戎凶兏啥湛s[4]。磚中的含水量取決于原材料的種類和燒制溫度范圍。當(dāng)磚從窯中取出時尺寸最小,然后隨著含水率的增加而膨脹。當(dāng)磚暴露在潮濕的空氣中它開始膨脹,在開始的幾個星期內(nèi)膨脹,膨脹會以很低的速率持續(xù)幾年,磚的長期濕膨脹在0.0002和0.0009之間[5]。
混凝土砌塊是混凝土拌合物經(jīng)澆注、振搗、養(yǎng)生而成。混凝土在硬化過程中逐漸失水而干縮,砌干縮量因材料和成型質(zhì)量而異,并隨時間增長而逐漸減小。在自然條件下,成型28天后,混凝土砌塊收縮趨于穩(wěn)定。其干縮率為0.03%~0.035%,含水量在50%~60%左右。砌成砌體后,在正常使用條件下,含水量繼續(xù)下降,可達(dá)10%左右,其干縮率為0.018%~0.07%[6]。對于干縮已趨穩(wěn)定的混凝土砌塊,如再次被浸濕后,會再次發(fā)生干縮,通常稱為第二干縮。混凝土砌塊在含水飽和后的第二干縮,穩(wěn)定時間比成型硬化過程的第一干縮時間要短,一般為15天左右。第二干縮的收縮率約為第一干縮的80%左右。當(dāng)混凝土砌塊的收縮受到約束并且收縮引起的拉應(yīng)力超過了塊材的抗拉強(qiáng)度或塊材與砂漿之間的抗彎強(qiáng)度,會出現(xiàn)收縮裂縫。收縮裂縫不是結(jié)構(gòu)裂縫,但它們破壞了墻體外觀。
1.2.3 收縮變形的估算
粘土和混凝土砌體對含水率變化的反應(yīng)不同。當(dāng)失去水分時,混凝土砌塊會收縮,而粘土砌塊會隨含水率的增大而膨脹。由水分變化引起的變形可以根據(jù)與熱膨脹相同的原理估計(jì)[6]:
(1-4)
式中,k-對粘土砌體采用濕膨脹系數(shù)ke,對混凝土砌體采用收縮系數(shù)km;
L-砌體長度;
-收縮變形。
《砌體標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(Masonry Standards Joint Committee,縮寫為MSJC)規(guī)范》[6]規(guī)定粘土砌體的濕膨脹系數(shù)值ke為0.0003。由控濕的混凝土砌塊砌筑的砌體km=0.15sl,由非控濕的混凝土砌塊砌筑的砌體km=0. 5sl。sl為混凝土砌塊的總線性干縮值,其值不超過0.00065。
1.3 地基變形
在軟土、填土、沖溝、古河道、暗渠以及各種不均勻地基上建造結(jié)構(gòu)物,或者地基雖然相當(dāng)均勻,但是荷載差別過大,結(jié)構(gòu)物剛度差別懸殊時,應(yīng)特別注意由于地基不均勻沉降引起的裂縫。
1.3.1 地基不均勻沉降裂縫的形態(tài)
地基不均勻沉降裂縫的形態(tài)是多種多樣的,有些裂縫尚隨時間長期變化,裂縫寬度較寬,有時寬至數(shù)厘米。裂縫主要分為剪切裂縫和彎曲裂縫。地基不均勻沉降裂縫常見的有:正八字裂縫和斜向裂縫。沉降裂縫多出現(xiàn)在房屋中下部且發(fā)生于房屋中下部的裂縫較上部寬度大。
1.3.2地基不均勻沉降裂縫的產(chǎn)生機(jī)理
⑴ 墻體中下部區(qū)域的正八字裂縫
一般情況下,地基受到上部傳遞的壓力,引起地基的沉降變形呈凹形,常稱為“盆形沉降曲面”。這是由于中部壓力相互影響高于邊緣處相互影響,以及邊緣處非受載區(qū)地基對受載區(qū)下沉有剪切阻力等共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致地基反力在邊緣區(qū)較高。這種沉降使建筑物形成中部沉降大、端部沉降小的彎曲,產(chǎn)生正彎距。結(jié)構(gòu)中下部受拉,端部受剪,特別是由于端部地基反力梯度很大,端部的剪應(yīng)力很大,墻體由于剪力形成的主拉應(yīng)力破裂,裂縫呈正八字形。
由于墻體中上部受壓并形成“拱”作用,墻體裂縫越靠近地基和門窗孔越嚴(yán)重。且中下部開裂區(qū)的墻體有自重下墜作用,造成垂直方向拉應(yīng)力,可能形成水平裂縫。
⑵ 墻體斜向裂縫
當(dāng)?shù)鼗胁坑谢靥钌?、石,或中部地基?jiān)硬而端部軟弱,或由于荷載相差懸殊,建筑物端部沉降大于中部時,會形成負(fù)彎距。主拉應(yīng)力將引起墻體的斜裂縫或倒八字裂縫。局部的沉降不均不僅可以引起斜裂縫,由于垂直沉降還可能引起砌體的水平裂縫。
1.3.3 影響地基沉降裂縫的因素
地基、基礎(chǔ)、建筑物構(gòu)成一個整體,共同工作。其內(nèi)力和變形形態(tài)與土的性質(zhì)、建筑物與地基的剛度、基礎(chǔ)與建筑物的尺寸形狀、材料的彈塑性性質(zhì)、徐變等有關(guān)。
⑴ 地基與建筑物的相對剛度
為考慮地基與建筑物的共同工作,地基與建筑物的相對剛度可根據(jù)葛爾布諾夫方法確定,該法中彈性地基的柔性指數(shù):
(1-5)
式中,E0-地基土的變形模量;
μ0—地基土的泊松比;
EJ—地基上梁、板或箱體剛度;
a,b-基礎(chǔ)的半長和半寬。
柔性指數(shù)表示了建筑物和地基的相對剛度。從式中可以看出,⑴建筑物和基礎(chǔ)抗彎剛度越大,基礎(chǔ)的長度和寬度越小,則柔性指數(shù)就越小,結(jié)構(gòu)物或基礎(chǔ)的相對剛度越大。這時在外荷載作用下,地基的反壓力越往兩端集中,則中部彎矩越大,這就需要結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,滿足結(jié)構(gòu)物彎矩的要求;⑵在較好的地基上,地基的變形模量較高,而地基上基礎(chǔ)的抗彎剛度較小,結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸較長,則柔性指數(shù)相應(yīng)增大。這時基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)接近于柔性板,此時地基的沉降與荷載的分布有關(guān)。地基承受荷載大的地方,該處的沉降和變形較大,基礎(chǔ)承受的彎矩較小。
⑵ 徐變
建筑物的下沉、水平位移、溫度、濕度變化引起的變形,除了絕對數(shù)量外,變形速率是一個重要因素。只要變形是緩慢的,則多數(shù)建筑物能經(jīng)受較大的變形而不破壞。其主要原因就是由于建筑材料都具有徐變特性,在變形過程中,其內(nèi)應(yīng)力會隨著變形速度的下降而松弛。
⑶ 建筑物的形狀
平面形狀復(fù)雜的建筑物,如“I”、“T”、“L”、“E”字形等,在縱橫單元交叉處基礎(chǔ)密集,地基附加應(yīng)力重疊,使地基沉降量增大。同時,此類建筑物整體性差,剛度不對稱,在地基產(chǎn)生不均勻沉降時容易發(fā)生墻體開裂[8]。因此,遇不良地基時,在滿足使用的情況下應(yīng)盡量采用平面形狀簡單的建筑形式。
關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu) 變形裂縫 產(chǎn)生機(jī)理 溫度變形 干縮變形 預(yù)防措施
目前,砌體結(jié)構(gòu)的房屋出現(xiàn)各種型式的裂縫,非常常見。其裂縫程度輕重不一,差別很大。輕則影響房屋正常使用和美觀,嚴(yán)重的將形成結(jié)構(gòu)安全隱患,甚至發(fā)生工程事故。隨著住宅商品化的發(fā)展,房屋裂縫問題越來越引起人們的關(guān)注。
1、裂縫的類型及成因
按裂縫的成因,墻體裂縫可分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類。各種直接荷載作用下,墻體產(chǎn)生的裂縫稱為受力裂縫。而砌體因收縮、溫度、濕度變化,地基沉陷不均等引起的裂縫是非受力裂縫,又稱變形裂縫。砌體房屋的裂縫中變形裂縫占80%以上[1],其中溫度裂縫更為突出。相對于受力裂縫,變形裂縫的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素復(fù)雜得多,本文主要分析砌體結(jié)構(gòu)的變形裂縫。
1.1砌體房屋的溫度變形
1.1.1 溫度裂縫的主要形態(tài)
最常見的溫度裂縫出現(xiàn)在混凝土平屋蓋房屋的頂層兩端墻體和山墻上。如在門窗洞邊的正“八”字斜裂縫、山墻上部的斜裂縫、平屋頂下或屋頂圈梁下沿磚(塊)灰縫的水平裂縫、以及水平包角裂縫(包括女兒墻)等。
溫度裂縫是造成墻體早期裂縫的主要原因。這些裂縫一般經(jīng)過一個冬夏之后才逐漸穩(wěn)定,不再繼續(xù)發(fā)展,裂縫的寬度隨著溫度變化而略有變化。溫度裂縫有明顯的規(guī)律性:兩端重中間輕,頂層重往下輕,陽面重陰面輕。
1.1.2 溫度裂縫產(chǎn)生機(jī)理
對于磚砌體的結(jié)構(gòu),磚砌體的線膨脹系數(shù)5×10-6,是混凝土的一半。當(dāng)外界溫度升高時,混凝土頂蓋變形大,墻體變形相對較小,導(dǎo)致磚砌體和混凝土屋蓋之間產(chǎn)生約束應(yīng)力。使屋蓋受壓,墻體受拉、受剪。當(dāng)約束條件下溫度變形引起的溫度應(yīng)力足夠大時,墻體就會產(chǎn)生溫度裂縫。
混凝土砌塊墻體的線膨脹系數(shù)與混凝土屋蓋相同。在夏季陽光照射下,兩者之間存在一定的溫差。屋面溫度可達(dá)40℃~50℃,而頂層外墻平均溫度約為30℃~35℃。屋面和頂層外墻存在10℃~15℃的溫差,兩者的溫差可能引起墻體開裂。另外,從材料上看,相同砂漿強(qiáng)度等級下抗拉、抗剪強(qiáng)度混凝土砌塊比磚砌體小了很多,沿齒縫截面彎拉強(qiáng)度僅為磚砌體的30%~35%,沿通縫彎拉強(qiáng)度僅為磚砌體的45%~50%,抗剪強(qiáng)度僅為磚砌體的50%~55%。因此,在相同受力狀態(tài)下,混凝土砌塊抵抗拉力和剪力的能力要比磚砌體小很多,所以更容易開裂。
1.1.3 溫度應(yīng)力的估算
砌體結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力可通過下式估算[2]:
(1-1)
(1-2)
當(dāng)頂板與墻體材料不同時,
式中,Cx-水平阻力系數(shù),混凝土板與墻體Cx=0.3~0.6N/mm3,混凝土板和鋼筋混凝土圈梁Cx=1.0N/mm3;
t-墻厚;
b-一面墻負(fù)擔(dān)的樓板寬度;
h-頂板厚度;
Es-混凝土的彈性模量;
α1-墻的線膨脹系數(shù),磚砌體5×10-6;
α2-頂板線膨脹系數(shù),混凝土10×10-6;
T1-墻的溫度;
T2-頂板的溫度;
L-墻長。
式(1-1)中τmax為彈性剪應(yīng)力??紤]升溫較快,取應(yīng)力松弛系數(shù)H(t)=0.7~0.8,則砌體的徐變剪應(yīng)力為:
(1-3)
對于頂層墻體,墻體的壓應(yīng)力較小,墻體的剪應(yīng)力近似等于主拉應(yīng)力。根據(jù)式(1-1),墻體的剪應(yīng)力與溫差、水平阻力系數(shù)Cx以及建筑物長度有關(guān)。
從式(1-1)可知,墻體剪應(yīng)力與溫差成正比。因此,采取隔熱措施以減少溫差,可達(dá)到減小主拉應(yīng)力的目的;墻體剪應(yīng)力與成正比。如水平阻力系數(shù)Cx降低30%,則剪應(yīng)力降低16%。因此,可通過在鋼筋混凝土屋面板與墻體圈梁的接觸面處設(shè)置水平滑動層來減少頂板與墻體的約束作用,滑動層可采用兩層油氈夾滑石粉或橡膠片等[3];剪應(yīng)力和建筑物的長度呈非線性關(guān)系,增加長度,剪應(yīng)力隨之增加。
1.1.4 溫度變形的估算
粘土和混凝土砌體都有與溫度變化成比例的特性,溫度變形的大小可以根據(jù)熱膨脹系數(shù)計(jì)算。構(gòu)件受到溫度變化為△T的構(gòu)件,長度變化△L可以表達(dá)為
(1-4)
其中,△L-溫度變形;
α-熱膨脹系數(shù),磚砌體5×10-6,混凝土砌塊10×10-6;
L-受到溫度變化的構(gòu)件長度;
△T-溫度變化。
1.2 砌體房屋的收縮變形
1.2.1 收縮裂縫的形態(tài)
因砌塊收縮引起的墻體裂縫,在混凝土砌塊房屋中比較普遍。在內(nèi)外墻、在房屋的各層均可能出現(xiàn)。干縮裂縫形態(tài)一般有:⑴在墻體中部出現(xiàn)的階梯形裂縫;⑵環(huán)塊體周邊灰縫的裂縫;⑶在外墻的窗下墻出現(xiàn)豎向均勻裂縫;⑷山墻等大墻面出現(xiàn)的豎向、水平向裂縫。收縮裂縫一般多出現(xiàn)在下部幾層,有的砌塊房屋山墻大墻面中間部位出現(xiàn)了由底層一直延伸至3、4層的豎向裂縫。
由于砌筑砂漿強(qiáng)度不高,灰縫不飽滿,干縮引起的裂縫往往呈發(fā)絲狀分散在灰縫縫隙中,清水墻時不易被發(fā)現(xiàn),當(dāng)有粉刷抹面時就顯露出來。干縮引起的裂縫寬度不大,且裂縫寬度較均勻。
1.2.2 收縮裂縫的產(chǎn)生機(jī)理
粘土砌體和混凝土砌體對含水率變化的反應(yīng)不同。粘土砌塊隨含水率的增加而膨脹。在含水率降低時磚不會收縮。即這種膨脹不會因?yàn)樵诖髿鉁囟戎凶兏啥湛s[4]。磚中的含水量取決于原材料的種類和燒制溫度范圍。當(dāng)磚從窯中取出時尺寸最小,然后隨著含水率的增加而膨脹。當(dāng)磚暴露在潮濕的空氣中它開始膨脹,在開始的幾個星期內(nèi)膨脹,膨脹會以很低的速率持續(xù)幾年,磚的長期濕膨脹在0.0002和0.0009之間[5]。
混凝土砌塊是混凝土拌合物經(jīng)澆注、振搗、養(yǎng)生而成。混凝土在硬化過程中逐漸失水而干縮,砌干縮量因材料和成型質(zhì)量而異,并隨時間增長而逐漸減小。在自然條件下,成型28天后,混凝土砌塊收縮趨于穩(wěn)定。其干縮率為0.03%~0.035%,含水量在50%~60%左右。砌成砌體后,在正常使用條件下,含水量繼續(xù)下降,可達(dá)10%左右,其干縮率為0.018%~0.07%[6]。對于干縮已趨穩(wěn)定的混凝土砌塊,如再次被浸濕后,會再次發(fā)生干縮,通常稱為第二干縮。混凝土砌塊在含水飽和后的第二干縮,穩(wěn)定時間比成型硬化過程的第一干縮時間要短,一般為15天左右。第二干縮的收縮率約為第一干縮的80%左右。當(dāng)混凝土砌塊的收縮受到約束并且收縮引起的拉應(yīng)力超過了塊材的抗拉強(qiáng)度或塊材與砂漿之間的抗彎強(qiáng)度,會出現(xiàn)收縮裂縫。收縮裂縫不是結(jié)構(gòu)裂縫,但它們破壞了墻體外觀。
1.2.3 收縮變形的估算
粘土和混凝土砌體對含水率變化的反應(yīng)不同。當(dāng)失去水分時,混凝土砌塊會收縮,而粘土砌塊會隨含水率的增大而膨脹。由水分變化引起的變形可以根據(jù)與熱膨脹相同的原理估計(jì)[6]:
(1-4)
式中,k-對粘土砌體采用濕膨脹系數(shù)ke,對混凝土砌體采用收縮系數(shù)km;
L-砌體長度;
-收縮變形。
《砌體標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(Masonry Standards Joint Committee,縮寫為MSJC)規(guī)范》[6]規(guī)定粘土砌體的濕膨脹系數(shù)值ke為0.0003。由控濕的混凝土砌塊砌筑的砌體km=0.15sl,由非控濕的混凝土砌塊砌筑的砌體km=0. 5sl。sl為混凝土砌塊的總線性干縮值,其值不超過0.00065。
1.3 地基變形
在軟土、填土、沖溝、古河道、暗渠以及各種不均勻地基上建造結(jié)構(gòu)物,或者地基雖然相當(dāng)均勻,但是荷載差別過大,結(jié)構(gòu)物剛度差別懸殊時,應(yīng)特別注意由于地基不均勻沉降引起的裂縫。
1.3.1 地基不均勻沉降裂縫的形態(tài)
地基不均勻沉降裂縫的形態(tài)是多種多樣的,有些裂縫尚隨時間長期變化,裂縫寬度較寬,有時寬至數(shù)厘米。裂縫主要分為剪切裂縫和彎曲裂縫。地基不均勻沉降裂縫常見的有:正八字裂縫和斜向裂縫。沉降裂縫多出現(xiàn)在房屋中下部且發(fā)生于房屋中下部的裂縫較上部寬度大。
1.3.2地基不均勻沉降裂縫的產(chǎn)生機(jī)理
⑴ 墻體中下部區(qū)域的正八字裂縫
一般情況下,地基受到上部傳遞的壓力,引起地基的沉降變形呈凹形,常稱為“盆形沉降曲面”。這是由于中部壓力相互影響高于邊緣處相互影響,以及邊緣處非受載區(qū)地基對受載區(qū)下沉有剪切阻力等共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致地基反力在邊緣區(qū)較高。這種沉降使建筑物形成中部沉降大、端部沉降小的彎曲,產(chǎn)生正彎距。結(jié)構(gòu)中下部受拉,端部受剪,特別是由于端部地基反力梯度很大,端部的剪應(yīng)力很大,墻體由于剪力形成的主拉應(yīng)力破裂,裂縫呈正八字形。
由于墻體中上部受壓并形成“拱”作用,墻體裂縫越靠近地基和門窗孔越嚴(yán)重。且中下部開裂區(qū)的墻體有自重下墜作用,造成垂直方向拉應(yīng)力,可能形成水平裂縫。
⑵ 墻體斜向裂縫
當(dāng)?shù)鼗胁坑谢靥钌?、石,或中部地基?jiān)硬而端部軟弱,或由于荷載相差懸殊,建筑物端部沉降大于中部時,會形成負(fù)彎距。主拉應(yīng)力將引起墻體的斜裂縫或倒八字裂縫。局部的沉降不均不僅可以引起斜裂縫,由于垂直沉降還可能引起砌體的水平裂縫。
1.3.3 影響地基沉降裂縫的因素
地基、基礎(chǔ)、建筑物構(gòu)成一個整體,共同工作。其內(nèi)力和變形形態(tài)與土的性質(zhì)、建筑物與地基的剛度、基礎(chǔ)與建筑物的尺寸形狀、材料的彈塑性性質(zhì)、徐變等有關(guān)。
⑴ 地基與建筑物的相對剛度
為考慮地基與建筑物的共同工作,地基與建筑物的相對剛度可根據(jù)葛爾布諾夫方法確定,該法中彈性地基的柔性指數(shù):
(1-5)
式中,E0-地基土的變形模量;
μ0—地基土的泊松比;
EJ—地基上梁、板或箱體剛度;
a,b-基礎(chǔ)的半長和半寬。
柔性指數(shù)表示了建筑物和地基的相對剛度。從式中可以看出,⑴建筑物和基礎(chǔ)抗彎剛度越大,基礎(chǔ)的長度和寬度越小,則柔性指數(shù)就越小,結(jié)構(gòu)物或基礎(chǔ)的相對剛度越大。這時在外荷載作用下,地基的反壓力越往兩端集中,則中部彎矩越大,這就需要結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,滿足結(jié)構(gòu)物彎矩的要求;⑵在較好的地基上,地基的變形模量較高,而地基上基礎(chǔ)的抗彎剛度較小,結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸較長,則柔性指數(shù)相應(yīng)增大。這時基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)接近于柔性板,此時地基的沉降與荷載的分布有關(guān)。地基承受荷載大的地方,該處的沉降和變形較大,基礎(chǔ)承受的彎矩較小。
⑵ 徐變
建筑物的下沉、水平位移、溫度、濕度變化引起的變形,除了絕對數(shù)量外,變形速率是一個重要因素。只要變形是緩慢的,則多數(shù)建筑物能經(jīng)受較大的變形而不破壞。其主要原因就是由于建筑材料都具有徐變特性,在變形過程中,其內(nèi)應(yīng)力會隨著變形速度的下降而松弛。
⑶ 建筑物的形狀
平面形狀復(fù)雜的建筑物,如“I”、“T”、“L”、“E”字形等,在縱橫單元交叉處基礎(chǔ)密集,地基附加應(yīng)力重疊,使地基沉降量增大。同時,此類建筑物整體性差,剛度不對稱,在地基產(chǎn)生不均勻沉降時容易發(fā)生墻體開裂[8]。因此,遇不良地基時,在滿足使用的情況下應(yīng)盡量采用平面形狀簡單的建筑形式。