砌體結(jié)構(gòu)首層窗臺(tái)及頂層窗間墻開(kāi)裂分析

林錦滔 賴建財(cái) 楊 帆
　?。ǜ＝ň哦こ藤|(zhì)量檢測(cè)有限公司，福州 350000）
　　摘 要：文獻(xiàn)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)不均勻沉降、溫差作用引起的門窗洞周邊八字形、倒八字形非受力裂縫，墻體在荷載超過(guò)抵抗力情況下引起的受壓、局部受壓裂縫關(guān)注較多。而對(duì)砌體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)規(guī)律性的首層窗臺(tái)下墻體豎直裂縫以及頂層窗間墻水平裂縫討論較少，本文通過(guò)一工程實(shí)例，介紹該類裂縫的特點(diǎn)，分析產(chǎn)生原因，從定性的角度推導(dǎo)產(chǎn)生該類裂縫應(yīng)力的簡(jiǎn)略計(jì)算公式，減少該類裂縫的方法。
　　關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu)；首層窗臺(tái)；窗間墻；裂縫

　　1 引 言
　　砌體結(jié)構(gòu)的裂縫分為兩大類，一類為受力裂縫，一類為非受力裂縫。受力裂縫源于作用于砌體結(jié)構(gòu)上的荷載超過(guò)砌體的承載力引起，非受力裂縫由于結(jié)構(gòu)不均勻沉降、溫差變化、混凝土收縮等原因引起，兩者的原因又可統(tǒng)一為砌體內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)材料強(qiáng)度。砌體結(jié)構(gòu)中裂縫一般集中于門窗洞口周邊，這些位置因?yàn)閭髁β窂街袛?，需要通過(guò)樓板、圈梁、過(guò)梁等構(gòu)件托換荷載，應(yīng)力布置較為復(fù)雜，存在應(yīng)力集中情況，是裂縫多發(fā)地帶。本文將介紹的首層窗臺(tái)及頂層窗間墻裂縫分布位置也不例外，也圍繞于洞口周邊。
　　2 首層窗臺(tái)及頂層窗間墻裂縫調(diào)查
　　一棟三層磚混結(jié)構(gòu)民宅，約于1998年建成并投入使用，采用240mm厚粘土實(shí)心磚墻承重，因現(xiàn)場(chǎng)未檢測(cè)磚與砂漿強(qiáng)度，下文計(jì)算時(shí)磚強(qiáng)度等級(jí)取MU10，砂漿強(qiáng)度等級(jí)取M2.5。縱橫墻共同承重，樓、屋面均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一層層高為3.5m，二層層高為3.1m，三層層高為2.8m，房屋總高度約為9.4m。平面布置詳見(jiàn)圖6。
　　經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)構(gòu)未見(jiàn)明顯傾斜，一至三層部分均出現(xiàn)不同程度裂縫。首層(B)軸位置窗臺(tái)下墻體基本都出現(xiàn)豎向裂縫，裂縫特點(diǎn)為：邊緣寬，向內(nèi)逐漸收窄。同為首層窗臺(tái)位置的(C)軸墻體卻未出現(xiàn)此類裂縫，典型裂縫詳見(jiàn)圖1、圖2。

　　三層(B)軸門窗間墻位置規(guī)律性出現(xiàn)水平裂縫，裂縫特點(diǎn)為：邊緣寬，向內(nèi)逐漸收窄。典型裂縫詳見(jiàn)圖3、圖4，將三層裂縫分布情況共同繪制于一立面圖中，詳見(jiàn)圖7。
　　3 裂縫原因分析
　　砌體結(jié)構(gòu)雖由磚及砂漿兩種材料構(gòu)成的非均質(zhì)材料，計(jì)算時(shí)可將其簡(jiǎn)化為同一材質(zhì)，首層窗臺(tái)位置墻體受力特點(diǎn)類式梁構(gòu)件，窗臺(tái)面未設(shè)置鋼筋混凝土過(guò)梁，在地基反力作用下，跨中產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)砌體的彎拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生豎直的彎曲裂縫。本例中(B)軸位置窗下墻跨度1.5m，高1.3m；(C)軸位置窗下墻跨度1.0m，高1.3m。計(jì)算跨中應(yīng)力值，假設(shè)每層樓產(chǎn)生的面荷載設(shè)計(jì)值為12kN/m2，作用于(B)軸的地基反力12x3x4.2=151.2kN/m。

　　則(B)軸位置窗下墻在地基反力作用下的彎拉應(yīng)力為0.21N/mm2，超過(guò)砌體彎曲抗力強(qiáng)度；作用于(C)軸的地基反力為12x3x3=108kN/m，窗下墻跨中應(yīng)力值為，小于(B)軸位置應(yīng)力，未超過(guò)砌體彎曲抗力強(qiáng)度，墻體未開(kāi)裂。計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的情況相吻合。
　　三層(B)軸位置門窗洞間墻，產(chǎn)生規(guī)律性水平裂縫，且裂縫集中布置在洞口根部位置，可能是由于屋面層樓板直接受太陽(yáng)曝曬，溫度高于三層樓板，屋面層樓板與三層樓板之間存在一個(gè)溫度差，使得墻肢產(chǎn)生沿縱向變形差，門窗間墻受力特點(diǎn)類式于一豎直的懸臂構(gòu)件，計(jì)算的簡(jiǎn)化模型如圖5所示。當(dāng)變形差產(chǎn)生的水平推力作用于豎直的懸臂墻肢時(shí)，墻肢中產(chǎn)生彎拉應(yīng)力超過(guò)墻肢抗彎強(qiáng)度時(shí)，墻肢開(kāi)裂。本例中，樓板沿縱向的一半長(zhǎng)度為17.85m，假設(shè)樓板縱向變形零點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)縱向中部，屋面板與三樓板之間存在5度的溫差，材料的線膨脹系數(shù)為10-5，則兩層樓面之間的變形差最大值

　　將門窗間墻考慮為懸臂構(gòu)件，溫差作用下的彎拉應(yīng)力計(jì)算如下：
　　窗間墻寬度：500mm
　　砌體彈模：E=1390 f=1390*1.3=1807
　　懸臂構(gòu)件的變形值：

　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，懸臂墻段中的彎曲正應(yīng)力值，超過(guò)了砌體彎曲抗拉強(qiáng)度，門窗間墻開(kāi)裂。門洞左上方出現(xiàn)豎向裂縫的原因如下，簡(jiǎn)化模型中的BC桿需平衡AB桿的彎矩，BC桿的B、C端產(chǎn)生順時(shí)針彎矩，表明C端下表面受拉，故此處墻體開(kāi)裂，B端上表面受拉，上表面設(shè)置圈梁、樓板構(gòu)件，并配置鋼筋，故未見(jiàn)裂縫。
　　4 結(jié) 語(yǔ)
　　本文通過(guò)將窗下墻及窗間墻簡(jiǎn)化為梁構(gòu)件，手算構(gòu)件在地基反力、溫度荷載作用下構(gòu)件所產(chǎn)生的應(yīng)力，較為方便，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果較為吻合。對(duì)于此類建筑，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可關(guān)注相應(yīng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取必要措施：窗臺(tái)下墻因受到地基反力的作用，沿窗臺(tái)面產(chǎn)生豎直裂縫，可在窗臺(tái)面設(shè)置鋼筋混凝土過(guò)梁來(lái)托換地基反力，作用類式于門窗頂部過(guò)梁；頂層溫差作用下，沿薄弱墻段產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力，可以通過(guò)設(shè)置構(gòu)造柱，圈梁，約束內(nèi)部砌體墻肢，減小變形，還可以在屋面設(shè)置架空隔熱層，降低樓層之間溫差，減少墻肢的變形差。

　　參考文獻(xiàn)
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