变形缝|伸缩缝|沉降缝|防震缝|建筑变形缝装置

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绍兴小砌块建筑的裂缝控制及发展对策
[1月4日]
【摘要】本文简要回顾了绍兴小砌块建筑二十年的历程。在这个过程中、裂缝问题始终是困扰砌块建筑推广应用的主要障碍,从实践中深刻体会到解决裂缝的必要性和紧迫性,文章系统的分析了裂缝出现的类型。裂缝产生的原因,提出具体控制裂缝的措施,并对今后解决裂缝的问题及对策提出具体意见。

一、发展过程的简要回顾

绍兴小砌块的发展,甘年来走过了曲折发展的过程。八十年代~第一个十年,从学习、考察、引进、试点、推厂,在政府干预下逐步发展,到1984年开始兴建第一个住宅小区,此后陆续兴建了4~5个小区,大有燎原之势,而当时的社会背景是无房户、人均住房面积只有几平方米的较多,人们的需求是有房可住,标准也不要太高、租得起就行。小砌块顺应了这个潮流,这个需求,小砌块除了符合节土节能这基本国策外,还可以多造一层(同等条件由于红砖重,因而红砖造五层,小砌块可造六层),一户可以多3%~5%的住宅面积(小砌块比一砖薄5公分)等优点,加之绍兴红砖质量和观惑较差等原因,因此,在政府城建部门的统率下,顺利地导到推广。

第一个十年也是探索砌诀建筑防渗漏、防裂和加强隔热的过程,尤其在八十年代末期,有的小砌块房屋顶层端部出现了“V” 型包角裂缝和纵墙上的“八”字形斜裂缝,有的内墙上出现阶梯形的干缩裂缝,从第一个小区开始采用不埋式板基,出现了较大的沉降和沉降差,也导致了一些底层倒八字沉降裂缝以及窗角的斜裂缝(当时推广不埋板基之后感到在软土地基既可不打桩,又可多盖一层,总沉降量一般也不会超过老规范的经验值);在第一个小区也出现一些房屋的渗漏,楼板处的小砌块形成水槽,造成室外停雨,室内流水的现象;有的小区砌块房屋,在伸缩缝处设双墙,荷载加重导致地基过大沉降而促成上部砌块开裂等等。
所有这些裂缝虽引起城建主管部门、设计、施工单位的重视和探索,但对住户来说因为是租房,只要求补缝、防渗就可以了,反应不是很大。

九十年代一第二个十年,这是有高峰有低谷,现在进入迈向新世纪发展的十年,1993年进入了大建设时期,小砌块建筑也应运蓬勃发展。l991年起,总结过去十年经验教训,巩固发展有效措施,由绍兴市建筑设计院主编的小砌块省标准图颁布施行,对小砌块建筑的发展开始起到指导作用,这期间由市设计院设计的塘南小区14幢楼按省标要求造的试点住宅,由省没计院没计的城东鹤池苑近百幢住宅(采用桩基)相继建成,效果很好。这期间各房屋开发公司都建造了大批小砌块建筑。但是,80年代末期建造的住宅,由于在软土地基上采用不埋板基或浅埋整板基础,沉降要持续很长时间,建筑物的沉降和差异沉降在1996年-1997年陆续暴露出来,沉降不均匀带来不同程度的裂缝;90年代初期建造的住宅也由于不少仍采用浅基和大建设时期的一些施工质量问题,相应也产生一些裂缝:1994年又实行房改,原有的公房一变而为个人财产,历史的沉积的裂缝有发展,就成为投诉的对象,新建房屋一有裂缝就成为上访的理由,住户对安全问题感到忧虑。这些房屋虽经纠偏加固,于1998-1999两年先后处理完毕,并已确保住户使用安全。但社会上传来传去,加上媒体反映,给绍兴小砌块笼罩了一片阴影。在这种情况下,只有在政府有能力干预的安居工程继续采取了已有的防裂、防渗,隔热等经验和确保地基基础强度和稳定的措施,推广使用小砌块、在艰难中竖起一杆旗帜。1996年一些小砌块的积极分子开始了三排孔小砌块的研究,1998年开始了小批应用,于今年初完成了力学和物理性能试验,现在已在“快阁苑”二期中正式批量使用,同时结构住宅建造试验工程,进行整幢楼的隔热、隔声性能现场试验研究。这在艰难中又竖起一杆旗帜。绍兴小砌块正走出前进中难免在的和人为影响形成的低谷,大步迈向新世纪。

二、裂缝控制的不断探索

为编制省标准设什,对八十年代开始建造的小砌块建筑进行调查,出现过以下几种裂缝:
1.温差应力引起的裂缝,主要在平屋顶,房屋顶层的端部开间,有端部窗上角斜裂缝,端部内纵墙的斜裂缝,或为圈梁下的水平缝,最典型的是人民路上一幢4层住宅楼,顶层四角已形成“V”型包角裂缝,下面三层为斜裂缝,顶层裂缝最宽,逐丢减小。

2.地基变形引起的裂缝,主要在房屋的底层,表现为房屋端部处纵墙窗角和内纵墙上的斜裂缝,严重的发展到二、三层,底层最宽,逐层减少,非凡严重的对穿窗角或在内纵墙上斜穿一层。

3.小砌块干缩引起的裂缝,典型的单纯的干缩裂缝较少见,绍兴某幼儿园教室横墙中部出现阶梯形裂缝属于这种裂缝,一般情况是和其他原因一起形成了斜裂缝、阶梯缝或竖直缝等。

4.差异荷载或应力集中引起的裂缝,常出现在孔洞的底角斜裂缝、底层窗台下墙体阶梯缝、斜裂缝,也有竖直缝,承重梁下部裂缝。

在1990年编制小砌块省标时,笔者曾对裂缝的成因进行初步的分析:
绍兴地区平屋顶夏天在太阳直接照射下,屋面表面温度比屋面下墙体高出20~30℃,这个温差引起的拉应力可达0.25~0.4MPa,而绍兴的年温差、日温差引起的应力可达0.4、0.15MPa,而小砌块墙体的抗剪强度仅为0.1~0.22MPa,因此温差应力形成屋盖推力,产生的剪,拉应力超过了墙体抗剪、抗拉能力时就开裂。
绍兴地区大多为软土地基,4~6层小砌块房屋过去大多采用条基或板基,地基应力呈马鞍型,沉降极易不均匀,墙体在挠曲作用下产生剪应力或主拉应力过大而开裂。尤其是整板基出,其本身刚度不大,上部结构往往不注重加强整体刚度,因而对地基变形的协调能力低。

小砌块是由混凝土浇注而成,不象粘上砖要经烧结而成,因而小砌块的干缩值比较大,一般在自然养护28天后,其收缩率约0.035%(亦即0.35mm/m),砌成后约为0.02%,其收缩应力可达0.3MPa,大大超过砌体的抗拉强度。而且小砌块在28天以内的收缩率要比28天以后的收缩率大好几倍,当然28天以后的小砌块如遇水浸湿。再干燥,其收缩率也在0.025%以上。所以对于长墙轻易出现干缩裂缝。

关于应力集中和差异荷载情况引起的裂缝,这可以从孔口应力集中方面来分析,笔者曾参与混凝土壁板孔口应力的研究,在垂直荷载作用下,垂直压应力的峰值比平均压应力大2一3倍,且集中在孔口侧边一倍板厚的范围内,水平拉应力峰值也集中在孔顶孔底的边缘,孔角的主拉应力也较集中,同样小砌块墙体的孔口也是如此,无论在垂直荷载或变形荷载作用(如温差、干缩)下,都会因应力集中而产生裂缝。

综上所述,绍兴院在编制小砌块省标中(浙G16一91),针对上述裂缝现状和分析,采取了下述的一些措施,使绍兴小砌块房屋裂缝,得到了有效的控制。
1.为防止由于钢筋混凝土屋盖的温度变形引起的顶层墙体开裂,应采取以下措施。
①钢筋混凝土平屋盖上应设置隔热层或保温层;采用刚性防水层时,应设置隔离层、分舱缝(分舱缝应填以柔性材料)、隔热板。檐口和女儿墙也要断开。
②在多层房屋的两端顶层及下一层两个开间的窗台高度处沿内外纵墙及横墙设置钢筋混凝土墙带或钢筋墙带(即窗顶设圈梁、窗台设墙带),在设置钢筋混凝土墙带部位的门窗两侧一孔,各加:圆10竖筋,再用C15混凝土灌实。
③屋盖处挑梁伸入墙体部分的长度在满足抗倾复计算要求情况下宜适当延长,且挑梁根部应与圈梁连成整体。
④在不影响房屋整体刚度的情况下,可在房屋端部或变形缝两侧开间的屋面板底设置滑动层(刷废机油二遍或铺油毡一层)。

2.为减少由砌块干缩引起的墙体开裂应注重以下事项:
①小砌块应在达到设计强度等级并在龄期一个月以后方可使用。
②砌块应采用密实性混凝土,并机械成型。
③砌筑前不应洒水淋湿,对于已砌好墙体,最好能覆盖塑料布防雨,被雨淋湿处,应拆除最上一皮,方能继续砌筑。
④严格对孔错缝砌筑,尽量采用塑性砂浆,确保灰缝饱满并符合规程要求。

3.为防止各种变形作用引起墙体开裂的综合措施
①多层房屋的墙体阵缩缝、沉降缝应按有关规范规程要求设置。并应力求建筑刚度的均匀,建筑体型的简洁。
②为增强房屋整体刚度,对四层以上房屋须在房屋四大角及外墙转角、楼梯间、四角设置混凝土芯柱,一般为三孔。对于软弱地基,还要在角孔或中孔配置圆10钢筋混凝土芯柱。
③对于软弱地基上的三层及以上的房屋,其长高比值不大于2.5;当房屋长高比且不大于3.0时,尽量作到纵墙不转折或少转折。
④对于软弱地基上采用整板基础的房屋,当预估最终沉降量>120mm时,应有不少于两道纵墙拉直贯通,每层板底设置圈梁。尽量使上部的重心和板基的形心重合。

4.对于地震区,利用抗震措施以防裂,实行平震结合,震时抗震,平时防裂。
此部分不再详述,详见小砌块省标的抗震部分。
小砌块省标在1992年开始施行,1991年按省标要求由市设计院没计,建造了14幢住宅,迄今没有发现上述裂缝,偶然见到圈梁底一条细小的水平缝。1993年由省设计院设计的经济开发区约30万平方米住宅(六层带自行车库),采用沉管灌注桩基,并将芯柱改为构造柱。迄今仍没有发生上述裂缝,也是偶见圈梁底的细小水平裂缝或窗角短小细裂缝。事实证实小砌块省标采取的防裂措施是有效的。

但是前述的80年代末期,90年代初期建造的一些采用整板或浅筏基础的住宅,暴露出小砌块墙体的不少裂缝,其主因是由于地基沉降不均匀引起的。如某小区五幢住宅,整体性和砌筑质量尚可,芯柱布置也较合理,从裂缝上看两端单元较多,中间单元较少;另一小区三幢住宅施工质量较差,平立面布局不够合理,由于地基不均匀沉降导致了上部一至六层大量裂缝,从小砌块墙体自身情况来看,五幢质量较好的住宅,由于部分使用了龄期未到的小砌块,增加了墙体的收缩,产生了阶梯缝;三幢质量差的住宅,房屋两喘底层和二层墙体出现不少竖向裂缝,局部砌块已有压碎现象,这虽由于地基沉降引起,但砌体本身强度不足和施工质量差,灰浆不饱满也是导致开裂甚至压裂的主要因素,三幢住宅顶层纵横墙的八字缝,阶梯形斜裂缝,主要是没有按省标要求的措施到位,反抗不了温差变形而形成的。

鉴于软弱地基采用整板基础的教训,市建管局、墙改办和安居办在开发安居工程上采取了强制性的措施,如乐苑新村全部采用水泥搅拌桩,在快阁苑一、二期全部采用沉管灌注桩基础,解除了由于地基不均匀沉降引起墙体裂缝的后顾之忧。

市建管局、市府办于1997年、1998年相继颁发了加强建筑工程质量治理工作的红头文件,实行强制性实施,主要有对在深厚软弱上层上建造四层半(含车棚)以上的住宅工程,均应采用沉管桩等桩基础或对地基进行处理。对不采用桩基础的四层半(含车棚)以上的住宅工程,地基必须满足有关规范的强度和变形要求,以及对深层搅拌桩作为地基处理手段的控制要求。

文件强调“认真推进墙体改革,不断发展混凝上空心小型砌块等新型墙体材料,加大肿混凝土空心砌块等新型墙体的研究推广力度,提高小砌块的强度、抗裂、隔热、抗渗等注能。

小砌块建筑必须按照现行小砌块规程、砌体规范、抗震规范和国标、省标图集一并执行。目前凡不具备专门芯柱混凝土配置和灌筑条件时,一律以钢筋混凝土构造柱代替芯柱。小砌块必须达到设计强度指标,并有一个月龄期方可出厂,砌筑砂浆必须严格按照设计要求采用塑性砂浆、低收缩或不收缩砂浆,控制坍落度,减少失水性。6度抗震设防地区,砌筑砂浆必须达到M5。各类型出肋或不出肋小砌块,施工单位必须有确保措施使水平和竖直灰缝饱满度达到现行规程要求。现行规程和国标、省标图集的构造防裂措施必须坚持执行。当采取有效的防裂措施时,方可采用外墙红砖,内墙小砌块的结构体系。”市府以文件形式颁布技术性规定是对建筑工程质量非凡是小砌块建筑的发展和裂缝控制的有力的推动。

三、继续发展的对策

小砌块的继续发展,裂缝控制仍然是发展的关键因素,对裂缝控制的深入探讨、研究和实践仍然是当务之急。
1、从概念原则上解决裂缝的控制。笔者在1992年提出“防,放、调的结合”,在1994年、1997年又相继提出“加强整中约束和局部约束”、“注重释放和调整”、“提高抗御能力”以及“防裂和抗震结合”等原则。也就是说对待裂缝控制,腰约束又要释放:既要反抗,又要调整。积甘年绍兴的经验,有效的裂缝控制措施基本上是建立在上述原则上的。下一步需要对“约束、释放、抗御。调整”进行具体的理论上的深比。实践上的发展,以形成裂缝控制技术上的配套。

2、从体系上解决裂缝的控制,小砌块本身就是薄壁空心的微观体系,由小砌块作为墙体与地基基础。楼屋盖等组成另一种砌体结构体系,过去纯粹采用芯柱是仍归属于砌块体系,但小砌块加构造柱的体系又有别于有芯柱的体系。绍兴也建造了一批外砖内块体系,现在正筹划小砌块加异形柱或短肢剪力墙的体系。l998年开始市建管局推荐楼屋盖采用现浇体系,这又有别于多年习惯的多孔板的装配体系。
市墙改办也考虑搞一些配筋砌块体系,不同的结构体系对裂缝的控制均是尺有所短、寸有所长。所以必须加强各种砌块结构体系的裂缝控制的研究和实践。

3、从整体上解决裂缝控制。过去的砌块房屋的防裂抗裂主要是从结构上去考虑,有一些非结构手段也只在减少温差裂缝方面。而没有更多地从整体上去控制。诸如平面布局。立面布置。房屋体型。整体刚度。共同作用等等。例如绍兴有一幢底框五层砖房,砖房平面尺寸为20.64X9.54,外挑阳台和雨蓬,屋面有隔热层、防水层、隔离层及架空隔热板。结果顶层四角墙体被推出。雨蓬挑梁下出现大的斜裂缝,或者是雨蓬沿梁下纵墙出现斜裂缝,甚至交叉裂缝,开裂原因主要是温差变形加上雨蓬挑梁头部荷载偏大所致。但是单纯从温度变形分析,应该说20m长10m宽的屋面不致有如此大的推力,所以对小砌块房屋的裂缝控制应该与抗震一样,从概念设计入手,从整体原则开始,加强构造措施,由理比到量化,综合控制。

4、在小砌块上做文章。小砌块是以单排孔型式问世的。在绍兴,考虑到江南地区隔热的需要,设计制作了双排孔,使用于西山墙上。从1996年起又研制三排孔小砌块,1998年开始推广,在两幢主宅上应用,1998年底由浙江大学作了力学和物理性能试验,性能良好,热工指标与粘土砖一砖相一致,力学性能也比单排孔有较大提高,由于三排孔砌块采用封底形成盲孔,端部形成槽齿,保证了砌筑竖向灰缝的饱满度并增加了咬合力,封底保证了水平灰缝的饱满度。从而提高了砌体的抗压、抗剪。抗拉能力。由于封底,形成横向隔板,从墙体分析,增加了墙体刚度和稳定性,从施工来看,保证了铺灰的质量,所以虽然从提高隔热性能来研制三排孔,但实质也提高了小砌块结构的抗裂度,因此还需要进一步在小砌块类型。系列化及墙厚等方面作深入的研究。

5、加强工程试验研究,从理论结合实践上解决裂缝的控制。绍兴今年对三排孔小砌块选择安居工程两幢建筑进行热工性能对比试验。现在由市墙改办牵头。正与浙江大学协商,共同进行裂缝控制的工程试验研究,以期取得工程性的定性定量分析成果,再推广到量大面广的砌块建筑上来。
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