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住宅顶层墙体裂缝的成因与防治
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摘 要：从裂缝的基本概念出发，对住宅顶层墙体裂缝产生原因进行了系统分析，提出了控制顶层墙体裂缝防治措施。
关键词：顶层；墙体裂缝；成因；防治
1 裂缝的类型和特征
（1）温度裂缝。住宅房屋温度裂缝主要产生于房屋顶层端部的两个开间，比较严重的次顶层上也会产生一定的裂缝。从墙体上看，纵墙体因长度较长，裂缝要比横墙的多；墙上所开洞口的面积越大，墙体产生的裂缝也越严重；从结构体形来看，主体长度越长，顶层墙体的开裂也越严重；结构主动体的刚度越小，顶层墙体开裂也越大。在顶层端部开间的裂缝主要成八字，如果屋面采用预制多孔板时，在圈梁顶、预制板下往往会产生水平裂缝；而如果是现浇屋面，则在圈梁与砌体之间产生水平裂缝，在门窗洞口四角也会产生一些斜缝和垂直裂缝。情况严重的，甚至在混凝土构造成柱顶部，也会产生水平裂缝和斜裂缝。
（2）干缩裂缝。烧结粘土砖，包括其它材料的烧结制品，其干缩变形很小，且变形完成比较快。只要不使用新出窑的砖，一般不要考虑砌体本身的干缩变形引起的附加应力。但对这类砌体在潮湿情况下会产生较大的湿胀，而且这种湿胀是不可逆的变形。对于砼砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等砌体，随着含水量的降低，材料会产生较大的干缩变形。如砼砌块的干缩率为0.3～0.45mm／m，它相当于25-40℃的温度变形，可见干缩变形的影响很大。干缩变形的特征是早期发展比较快，如砌块出窑后放置28天能完成50%左右的干缩变形，以后逐步变慢，几年后材料才能停止干缩。但是干缩后的材料受湿后仍会发生膨胀，脱水后材料会再次发生干缩变形，但其干缩率有所减小，约为第一次的80%左右。这类干缩变形引起的裂缝在建筑上分布广、数量多、裂缝的程度也比较严重。如房屋内外纵墙中间对称分布的倒八字裂缝；在建筑底部一至二层窗台边出现的斜裂缝或竖向裂缝；在屋顶圈梁下出现的水平缝和水平包角裂缝；在大片墙面上出现的底部重、上部较轻的竖向裂缝。另外不同材料和构件的差异变形也会导致墙体开裂。如楼板错层处或高低层连接处常出现的裂缝，框架填充墙或柱间墙因不同材料的差异变形出现的裂缝；空腔墙内外墙用不同材料或温度、湿度变化引起的墙体裂缝，这种情况一般外墙裂缝较内墙严重。
2 住宅顶层墙体裂缝的成因分析
2.1 住宅顶层保温体系面层存在设计缺陷
（1）外墙内保温构造设计存在的缺陷。内保温是将保温体系置于外墙内侧从而使内、外墙体分处于两个温度场，建筑物结构受热应力的影响而始终处于不稳定的状态，使结构寿命缩短。在相同气候条件下做内保温不仅比做外保温、甚至比不做保温时，外墙与内部结构墙体的温差更大，受外界各种作用力的影响更直接，外墙更易遭受温差应力的破坏。
（2）外墙外保温构造设计存在的不足。外保温是将保温体系置于外墙外侧从而使主体结构所受温差作用大幅度下降，温度变形减小，对结构墙体起到保护作用并可有效阻断冷(热)桥，有利于结构寿命的延长。因此从有利于结构稳定性方面来说，外保温具有明显的优势，在可选择的情况下应首选外保温。但由于外保温体系被置于外墙外侧，直接承受来自自然界的各种因素影响，因此对外墙外保温体系提出了更高的要求。就太阳辐射及环境温度变化对其影响来说，置于保温层之上的抗裂防护层只有3～20mm，且保温材料具有较大的热阻，因此在得热量相同的情况下，外保温抗裂防护层温度变化速度比无保温情况下主体外墙温度变化速度提高8～30倍。因此，抗裂防护层的柔韧性和耐候性对外保温体系的抗裂性能起着关键的作用。
（3）内外保温混合做法的缺陷。该类做法往往是由于在施工中为了方便操作，外保温施工操作方便的部位做外保温，外保温施工操作不方便的部位做内保温，结果造成整个建筑外墙内外保温混合使用。外保温做法使建筑物的结构墙体主要受室内温度的影响，温度变化相对较小，因而墙体处于相对稳定的温度场内，产生的温差变形应力也相对较小；内保温做法使建筑物的结构墙体主要受室外环境温度的影响，室外温度波动较大，因而墙体处于相对不稳定的温度场内，产生的温差变形应力相对较大。局部外保温、局部内保温混合使用的保温方式，使整个建筑物外墙主体的不同部位产生不同的形变速度和形变尺寸，建筑结构处于更加不稳定的环境中，经年温差使结构发生形变产生裂缝，从而缩短整个建筑的寿命。
2.2 钢筋混凝土现浇屋面和砖砌体的线胀缩系数相差大
钢筋混凝土现浇屋面和砖砌体的线膨胀系数分别为a1=10×10-6/℃和a2=5×10-6/℃。因而，即使在相同温度下，也会产生混凝土屋面相对于砖砌体的位移。由于砖砌体对混凝土现浇板梁位移的约束，在砌体内部产生了剪应力和拉应力，因结构端部的相对位移最大，故端部产生的剪应力与拉应力也最大，当该剪应力与拉应力大于砌体材料的抗剪强度和抗拉强度时，就产生了上述的温度裂缝。
2.3 砌体房屋的收缩变形
粘土砌体和混凝土砌体对含水率变化的反应不同。粘土砌块随含水率的增加而膨胀。在含水率降低时砖不会收缩。即这种膨胀不会因为在大气温度中变干而收缩。砖中的含水量取决于原材料的种类和烧制温度范围。当砖从窑中取出时尺寸最小，然后随着含水率的增加而膨胀。当砖暴露在潮湿的空气中它开始膨胀，在开始的几个星期内膨胀最大，膨胀会以很低的速率持续几年，砖的长期湿膨胀在0.0002和0.0009之间。
混凝土砌块是混凝土拌合物经浇注、振捣、养生而成。混凝土在硬化过程中逐渐失水而干缩，砌干缩量因材料和成型质量而异，并随时间增长而逐渐减小。在自然条件下，成型28天后，混凝土砌块收缩趋于稳定。其干缩率为0.03%～0.035%，含水量在50%～60%左右。砌成砌体后，在正常使用条件下，含水量继续下降，可达10%左右，其干缩率为0.018%～0.07%。对于干缩已趋稳定的混凝土砌块，如再次被浸湿后，会再次发生干缩，通常称为第二干缩。混凝土砌块在含水饱和后的第二干缩，稳定时间比成型硬化过程的第一干缩时间要短，一般为15天左右。第二干缩的收缩率约为第一干缩的80%左右。当混凝土砌块的收缩受到约束并且收缩引起的拉应力超过了块材的抗拉强度或块材与砂浆之间的抗弯强度，会出现收缩裂缝。收缩裂缝不是结构裂缝，但它们破坏了墙体外观。
2.4 建筑物的设缝长度过大
建筑物的长度即伸缩缝、沉降缝或控制缝间距与温度裂缝、干缩裂缝和沉降裂缝的产生有很大关系。按照欧美规范，如英国规范规定，对粘土砖砌体的控制间距为10～15m，对混凝土砌块砌体一般不因大于6m；美国混凝土协会（ACI）规定，无筋砌体的最大控制缝间距为12～18m，配筋砌体的控制缝间距不超过30m，这些都远远小于我国砌体规范的规定。这也是按我国砌体规范的温度缝和有关抗裂构造措施不能消除墙体裂缝的一个重要原因。
2.5 施工不当
砖砌体的施工质量欠佳也是墙体开裂的一个重要因素，砌筑砂浆强度达不到设计要求、灰缝砂浆不饱满、干砖上墙等都会导致墙体出现裂缝。
3 顶层墙体裂缝防治措施
防治顶层墙体裂缝是砌块建筑墙体裂缝的关键，具体的防治措施如下：
（1）增强屋面保温层的保温效果。在屋顶隔热层设计中，应适当加大隔热层厚度，选择隔热性能好的隔热材料，泡沫塑料-水泥砼屋面保温隔热层是综合泡沫塑料优良的绝热性能及水泥砼牢固耐久性而设计的。克服了现单纯水泥砼块隔热层夏季隔热效果差，冬季热流失大的缺陷，达到保温隔热效果好、受力均匀、牢固耐压、光洁美观、施工方便等优点。主要技术措施是利用泡沫塑料的绝热性能，制成与各种需保温隔热的物相配套的泡沫塑料保温隔热块、盒、套、管，用于建筑、生活领域，对于标准较高的住宅，还可采用双层隔热。 （2）减小热胀冷缩系数差异。比较简便的方法是顶层不采用砌块，而采用多孔砖或其它粘土砖，以此来减小墙体和屋顶材料的热胀冷缩系数差异，提高抗剪能力。
（3）缩短建筑物的设缝长度。在设计中尽可能缩短建筑物的设缝长度，顶层墙体材料的选择也不能按常规设计(如顶层墙体一般采用MU7.5砖砌体和M5混合砂浆砌筑)。实际设计时，笔者认为在端部应采用MU10砖砌体和M10混合砂浆砌筑，以提高砌体的抗剪、抗拉强度。对于结构长度较长，顶层墙体开洞较大等其它不利因素较多时，还可在墙体内每高500毫米设置Фb4@60×60的钢筋网片。
关键词：顶层；墙体裂缝；成因；防治
1 裂缝的类型和特征
（1）温度裂缝。住宅房屋温度裂缝主要产生于房屋顶层端部的两个开间，比较严重的次顶层上也会产生一定的裂缝。从墙体上看，纵墙体因长度较长，裂缝要比横墙的多；墙上所开洞口的面积越大，墙体产生的裂缝也越严重；从结构体形来看，主体长度越长，顶层墙体的开裂也越严重；结构主动体的刚度越小，顶层墙体开裂也越大。在顶层端部开间的裂缝主要成八字，如果屋面采用预制多孔板时，在圈梁顶、预制板下往往会产生水平裂缝；而如果是现浇屋面，则在圈梁与砌体之间产生水平裂缝，在门窗洞口四角也会产生一些斜缝和垂直裂缝。情况严重的，甚至在混凝土构造成柱顶部，也会产生水平裂缝和斜裂缝。
（2）干缩裂缝。烧结粘土砖，包括其它材料的烧结制品，其干缩变形很小，且变形完成比较快。只要不使用新出窑的砖，一般不要考虑砌体本身的干缩变形引起的附加应力。但对这类砌体在潮湿情况下会产生较大的湿胀，而且这种湿胀是不可逆的变形。对于砼砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等砌体，随着含水量的降低，材料会产生较大的干缩变形。如砼砌块的干缩率为0.3～0.45mm／m，它相当于25-40℃的温度变形，可见干缩变形的影响很大。干缩变形的特征是早期发展比较快，如砌块出窑后放置28天能完成50%左右的干缩变形，以后逐步变慢，几年后材料才能停止干缩。但是干缩后的材料受湿后仍会发生膨胀，脱水后材料会再次发生干缩变形，但其干缩率有所减小，约为第一次的80%左右。这类干缩变形引起的裂缝在建筑上分布广、数量多、裂缝的程度也比较严重。如房屋内外纵墙中间对称分布的倒八字裂缝；在建筑底部一至二层窗台边出现的斜裂缝或竖向裂缝；在屋顶圈梁下出现的水平缝和水平包角裂缝；在大片墙面上出现的底部重、上部较轻的竖向裂缝。另外不同材料和构件的差异变形也会导致墙体开裂。如楼板错层处或高低层连接处常出现的裂缝，框架填充墙或柱间墙因不同材料的差异变形出现的裂缝；空腔墙内外墙用不同材料或温度、湿度变化引起的墙体裂缝，这种情况一般外墙裂缝较内墙严重。
2 住宅顶层墙体裂缝的成因分析
2.1 住宅顶层保温体系面层存在设计缺陷
（1）外墙内保温构造设计存在的缺陷。内保温是将保温体系置于外墙内侧从而使内、外墙体分处于两个温度场，建筑物结构受热应力的影响而始终处于不稳定的状态，使结构寿命缩短。在相同气候条件下做内保温不仅比做外保温、甚至比不做保温时，外墙与内部结构墙体的温差更大，受外界各种作用力的影响更直接，外墙更易遭受温差应力的破坏。
（2）外墙外保温构造设计存在的不足。外保温是将保温体系置于外墙外侧从而使主体结构所受温差作用大幅度下降，温度变形减小，对结构墙体起到保护作用并可有效阻断冷(热)桥，有利于结构寿命的延长。因此从有利于结构稳定性方面来说，外保温具有明显的优势，在可选择的情况下应首选外保温。但由于外保温体系被置于外墙外侧，直接承受来自自然界的各种因素影响，因此对外墙外保温体系提出了更高的要求。就太阳辐射及环境温度变化对其影响来说，置于保温层之上的抗裂防护层只有3～20mm，且保温材料具有较大的热阻，因此在得热量相同的情况下，外保温抗裂防护层温度变化速度比无保温情况下主体外墙温度变化速度提高8～30倍。因此，抗裂防护层的柔韧性和耐候性对外保温体系的抗裂性能起着关键的作用。
（3）内外保温混合做法的缺陷。该类做法往往是由于在施工中为了方便操作，外保温施工操作方便的部位做外保温，外保温施工操作不方便的部位做内保温，结果造成整个建筑外墙内外保温混合使用。外保温做法使建筑物的结构墙体主要受室内温度的影响，温度变化相对较小，因而墙体处于相对稳定的温度场内，产生的温差变形应力也相对较小；内保温做法使建筑物的结构墙体主要受室外环境温度的影响，室外温度波动较大，因而墙体处于相对不稳定的温度场内，产生的温差变形应力相对较大。局部外保温、局部内保温混合使用的保温方式，使整个建筑物外墙主体的不同部位产生不同的形变速度和形变尺寸，建筑结构处于更加不稳定的环境中，经年温差使结构发生形变产生裂缝，从而缩短整个建筑的寿命。
2.2 钢筋混凝土现浇屋面和砖砌体的线胀缩系数相差大
钢筋混凝土现浇屋面和砖砌体的线膨胀系数分别为a1=10×10-6/℃和a2=5×10-6/℃。因而，即使在相同温度下，也会产生混凝土屋面相对于砖砌体的位移。由于砖砌体对混凝土现浇板梁位移的约束，在砌体内部产生了剪应力和拉应力，因结构端部的相对位移最大，故端部产生的剪应力与拉应力也最大，当该剪应力与拉应力大于砌体材料的抗剪强度和抗拉强度时，就产生了上述的温度裂缝。
2.3 砌体房屋的收缩变形
粘土砌体和混凝土砌体对含水率变化的反应不同。粘土砌块随含水率的增加而膨胀。在含水率降低时砖不会收缩。即这种膨胀不会因为在大气温度中变干而收缩。砖中的含水量取决于原材料的种类和烧制温度范围。当砖从窑中取出时尺寸最小，然后随着含水率的增加而膨胀。当砖暴露在潮湿的空气中它开始膨胀，在开始的几个星期内膨胀最大，膨胀会以很低的速率持续几年，砖的长期湿膨胀在0.0002和0.0009之间。
混凝土砌块是混凝土拌合物经浇注、振捣、养生而成。混凝土在硬化过程中逐渐失水而干缩，砌干缩量因材料和成型质量而异，并随时间增长而逐渐减小。在自然条件下，成型28天后，混凝土砌块收缩趋于稳定。其干缩率为0.03%～0.035%，含水量在50%～60%左右。砌成砌体后，在正常使用条件下，含水量继续下降，可达10%左右，其干缩率为0.018%～0.07%。对于干缩已趋稳定的混凝土砌块，如再次被浸湿后，会再次发生干缩，通常称为第二干缩。混凝土砌块在含水饱和后的第二干缩，稳定时间比成型硬化过程的第一干缩时间要短，一般为15天左右。第二干缩的收缩率约为第一干缩的80%左右。当混凝土砌块的收缩受到约束并且收缩引起的拉应力超过了块材的抗拉强度或块材与砂浆之间的抗弯强度，会出现收缩裂缝。收缩裂缝不是结构裂缝，但它们破坏了墙体外观。
2.4 建筑物的设缝长度过大
建筑物的长度即伸缩缝、沉降缝或控制缝间距与温度裂缝、干缩裂缝和沉降裂缝的产生有很大关系。按照欧美规范，如英国规范规定，对粘土砖砌体的控制间距为10～15m，对混凝土砌块砌体一般不因大于6m；美国混凝土协会（ACI）规定，无筋砌体的最大控制缝间距为12～18m，配筋砌体的控制缝间距不超过30m，这些都远远小于我国砌体规范的规定。这也是按我国砌体规范的温度缝和有关抗裂构造措施不能消除墙体裂缝的一个重要原因。
2.5 施工不当
砖砌体的施工质量欠佳也是墙体开裂的一个重要因素，砌筑砂浆强度达不到设计要求、灰缝砂浆不饱满、干砖上墙等都会导致墙体出现裂缝。
3 顶层墙体裂缝防治措施
防治顶层墙体裂缝是砌块建筑墙体裂缝的关键，具体的防治措施如下：
（1）增强屋面保温层的保温效果。在屋顶隔热层设计中，应适当加大隔热层厚度，选择隔热性能好的隔热材料，泡沫塑料-水泥砼屋面保温隔热层是综合泡沫塑料优良的绝热性能及水泥砼牢固耐久性而设计的。克服了现单纯水泥砼块隔热层夏季隔热效果差，冬季热流失大的缺陷，达到保温隔热效果好、受力均匀、牢固耐压、光洁美观、施工方便等优点。主要技术措施是利用泡沫塑料的绝热性能，制成与各种需保温隔热的物相配套的泡沫塑料保温隔热块、盒、套、管，用于建筑、生活领域，对于标准较高的住宅，还可采用双层隔热。 （2）减小热胀冷缩系数差异。比较简便的方法是顶层不采用砌块，而采用多孔砖或其它粘土砖，以此来减小墙体和屋顶材料的热胀冷缩系数差异，提高抗剪能力。
（3）缩短建筑物的设缝长度。在设计中尽可能缩短建筑物的设缝长度，顶层墙体材料的选择也不能按常规设计(如顶层墙体一般采用MU7.5砖砌体和M5混合砂浆砌筑)。实际设计时，笔者认为在端部应采用MU10砖砌体和M10混合砂浆砌筑，以提高砌体的抗剪、抗拉强度。对于结构长度较长，顶层墙体开洞较大等其它不利因素较多时，还可在墙体内每高500毫米设置Фb4@60×60的钢筋网片。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200906/12493.htm
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