12房屋结构常见裂缝的分析与实例Word文档格式.docx
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附图1短柱或墙体受压破坏附图2梁端受剪破坏
二、剪应力破坏的典型例子为梁端部沿斜截面破坏，破坏裂缝与梁的中和轴约成450角，这种裂缝一般是从梁的中部（中和轴附近）开始，中间宽两头细，如果荷载不断加大，则裂缝向斜上和斜下方延伸，直到梁的上边和下边。
这类破坏主要有两种类型，根据梁的结构和压力的作用点分为斜压破坏、剪压破坏。
斜压破坏斜压破坏的斜裂缝在梁的腹部出现，多发生在剪力大而弯矩小的区短内，即剪跨比小于1时，或当腹筋配置过多，或梁腹很薄（例如T形或工形薄腹梁）时。
剪压破坏剪压区（剪跨比等于1—3）的混凝土在剪应力与压应力共同作用下的而出现裂缝，斜裂缝向集中荷载的作用点延伸，当剪压应力达到复合受力时的极限强度时，梁失去承载能力而破坏。
三、拉应力破坏的裂缝与拉力或拉应力的方向垂直，但拉应力的产生和形成的情况较复杂，原因也较多。
有结构构件直接受力的作用而产生，最直观的为受拉构件在构件的内部形成拉应力，还有间接形成的拉应力，
如梁端剪应力的合力为斜向拉应力，梁中部的弯矩在梁的下部形成拉应力。
也有因构件膨胀、收缩或其它变形在构件内部产生拉应力。
在房屋的正常使用过程（除有巨大的集中荷载出现，如地震、爆炸和集中的巨大荷载）中常见的裂缝主要为拉应力的破坏裂缝。
由于绝大多数房屋都是经过设计和验收合格的，房屋结构的质量和结构承载力达到设计标准，而使结构受压和剪压破坏的特殊荷载在房屋正常使用中很少出现。
第三章房屋结构和材料的变形裂缝
其实在房屋正常使用期间，由于房屋结构和材料因内因或外因发生变形而产生的受拉破坏裂缝是经常可以见到的，这些裂缝可以分为以下三大类：
第一类为与房屋使用环境、气温和日照辐射有关的温差裂缝或温度裂缝；
第二类为与建筑材料性质有关的材料干缩裂缝和收缩裂缝，第三类为与房屋地基及基础有关的不均匀沉降裂缝和不均匀压缩裂缝。
第一节温差裂缝和温度裂缝
一、温差裂缝对于多层（或高层）房屋，影响其结构的温差有三种：
第一种是季节性温差，它是指构件在混凝土初凝时的温度t1（若为装配整体式结构，则可取接头的混凝土初凝时的温度）与构件在使用期间由于季节变化而出现的最高（或最低）温度t2间的差值；
第二种是室内外温差，是指房屋在使用期间，由室内外不同的气温在构件内外表面间所产生的温度差；
第三种是日照（或称阳光辐射）温差，指房屋在使用期间受阳光直接照射的一侧与背光一侧之间的温度差，或阳光照射时间长的部位与阳光照射时间短的部位之间的温度差。
这三种温差使房屋各部位的构件承受不同的温度，温度高的部位的构件变形大，温度低的部位的构件变形小。
（一）季节性温差对框架结构的房屋影响较大，在多层多跨框架中，如竣工时构件的温度为t1，使用时温度升高到t2，温度差为t=t2—t1，在此温差t的作用下，因所有的柱体竖向伸长同样的数值，柱体的竖向变形不受约束。
但各层（特别是下层）横梁则不同，在伸长时要受到柱子约束，由于地面以下基础的位置一般不受外界气温变化的影响，这样就使柱子的上、下两端不再位于同一竖直线上，从而产生温差变形。
以边柱AB为例，横梁的温差变形为δ=2αtL式中α为钢筋混凝土构件的线胀系数（1.0×
10-5），L为框架横梁的跨长，温差变形δ使边柱AB产生弯矩，并使上层横梁和柱发生一定的温差变形，而产生一定的温差内力。
为能简便计算底
层柱所受到的温差内力，可以近似地假定柱的上、下两端均为固定，由此可得边柱AB的温差弯矩和温差剪力分别为：
（参见附图3）
h
δ
MBAQBAMBAQBA
B
t2
A
MABQABMABQAB
δ1δ2t1
LLLL附图3—2首层柱变形应力图
附图3—1框架变形图
12EJδ1
h3
6EJδ1
h2
MAB=MBA=QAB=QBA=式中EJ为柱的抗弯刚度
h为柱的高度
边柱上端的QBA使横梁受压。
由于柱上端有转角，实际的弯矩和剪力都比计算值为小。
由上面两式可知，温差内力与温度差、构件本身的抗弯刚度成正比，与构件长度的平方（弯矩）或立方（剪力）成反比。
在附图3—1的情况下，横梁越长，则柱的侧向位移（温差变形）δ1越大，
柱中的温差内力也越大。
由于各内柱的温差变形（如δ2）小于边柱的温差
变形δ1，所以，各内柱的温差内力小于边柱相应的温差内力值。
（二）室内外温差对框架结构的房屋，特别是冬季期间框架结构的高温车间（内热外冷）和夏季超高层框架结构的公寓写字楼（内冷外热）受温差的影响是较大的。
在附图4所示的框架结构中，如室内外温度不一样，框架边柱的温度
为t2，内柱的温度为t1，若在冬季的高温车间t1>
t2，则边柱缩短，使边跨横梁的左右两端不在同一水平线上，从而产生了温差内力。
顶层边跨横梁
两端所发生的相对温度变形为δ1==α（t1—t2）H，式中H为柱的全高。
为了求出顶层边跨的温度内力，可以近似地假设和梁两端为固定端，并略去顶层横梁两端上下两面温度差的影响，可得边跨横梁中的温差弯矩与温差剪力分别为：
L2
L3
MAB=MBA=QAB=QBA=
这种温差将使边柱受拉，内柱受压。
但实际上温差内力比上述为小，因为横梁两端并非完全固定。
立柱越长，边柱与内柱间的温差变形值越大；
横梁的抗弯刚度EJ越大，或横梁的跨度L越小，则温差内力越大。
在室内外有温度差的条件下，顶层边跨横梁内的温差内力将大于其它各层横梁；
离顶层越远，该层边跨横梁中的温差内力越小。
另外，由于横梁的温差变形导致柱中所产生的轴力，
离基础越近则越大。
δ1
H
MBA
AAB
δ2
MABL
t2t1MAB
QABQBA
LLLL附图4—2顶层梁变形应力图
附图4—1框架变形图
（三）日照温差对公用和民用建筑的影响较常见较普遍，有时也可发现桥梁和烟囱等较长较高的构筑物受到日照的影响。
如建筑物或构筑物的一侧受阳光照射温度高，另一侧背阴温度低，则建筑物或构筑物不仅产生温差变形和温差内力，并还将使整个建筑物或构筑物地上部分发生弯曲变形，当建筑物或构筑物的结构平面布置不对称时，还会发生扭转。
温差的影响是设计房屋时所需考虑的一个重要内容，由于温差变形的发生，会使房屋的梁、柱、楼板和墙体等构件出现裂缝，房屋的体积越大
越高，温差变形的影响越明显。
最常见的楼房顶层墙体裂缝是日照温差（主要）和季节性温差（次要）的一个典型例子。
楼房顶层墙体裂缝主要发生在多层的砖混房屋，内浇外挂的高层房屋和内浇外砌的多层房屋也时有发生。
墙体的斜向裂缝不仅仅出现在顶层房屋的墙体上，有时在下一层墙体上也会出现，只是裂缝的宽度和长度较顶层墙体裂缝小。
裂缝在内外纵、横墙上均可出现，裂缝的部位不同，裂缝的起点和走向也不同。
以东、西为长向，南、北为短向，座北朝南的多层砖混的住宅楼为例，裂缝主要发生在纵、横墙体两端，同一道墙体上裂缝呈八字形排列（见附图5）。
总的来看，在横墙上，南侧的裂缝较北侧的裂缝长且宽；
在纵墙上，西端裂缝较东端裂缝长且宽。
由于墙体为混凝土或砖等脆性建筑材料，墙体开裂后不能完全恢复，此种裂缝的宽度和长度只可能逐年扩展。
1.楼房顶层墙体温差裂缝的部位和特点如下：
（1）南、北外纵墙的裂缝主要发生在窗口上、下角处的墙体上，从窗口上、下角向两侧斜向开裂，窗口处墙体裂缝最宽，逐渐延伸变细。
（详见附图5—1）
东西
端端
272621
附图5-1贵园南里乙8号楼顶层南外墙东端和西端两侧窗口上、下角墙体裂缝示意图
（2）内纵墙裂缝在门口上角墙体和无门洞内纵墙上均可出现，多为斜向裂缝。
门口上角墙体的裂缝从门口上角开始向斜上方延伸，门口处墙体裂缝最宽，逐渐延伸变细（详见附图5—2）。
无门洞内纵墙裂缝的起点在墙顶处，从上向斜下方延伸，上宽下窄，裂缝较长（详见附图5—3）。
（3）内、外横墙墙体的裂缝为斜向裂缝，有时一面墙体上会出现多条
裂缝，裂缝的起点在墙顶处，从上向斜下方延伸，上宽下窄（圈梁位置处裂缝较窄）。
南侧和北侧横墙的裂缝方向相反（详见附图5—4）。
9742
附图5-2崇文区光明小学教学楼顶层南侧内纵墙东、西两端门口上角墙体裂缝示意图
34
附图5-3贵园南里甲1号顶层东端内纵墙裂缝示意图
3100
2400
北内纵墙南
侧侧
ECBA
附图5-4永定路52号院522号楼顶层东山墙墙体裂缝示意图
（4）有钢筋混凝土压顶的女儿墙出现斜向裂缝。
此种裂缝一般出现在女儿墙的两端，裂缝的起点在钢筋混凝土压顶的下皮，从上向斜下方延伸，上宽下窄（详见附图5—5）。
DADA
附图5-5贵园南里甲4号楼西侧附图5-6贵园南里甲2号楼西侧
女儿墙斜向裂缝示意图女儿墙根部横向裂缝示意图
（5）女儿墙根部出现一条宽度相同的横向裂缝（详见附图5—6）。
（6）另一种女儿墙的裂缝表现为裂缝的起点在女儿墙的根部，向斜上和横向延伸，裂缝下宽上窄。
因保温层过薄，现浇混凝土屋盖板热胀而产生这种裂缝。
西北角的裂缝最长最宽（详见附图5—7）。
附图5-7通县厂房女儿墙斜向裂缝示意图
200
（6）顶层房屋因温度引起的裂缝还有楼板与墙体搭接处出现周圈开裂，此种裂缝见522号住宅楼一单元11号住宅的南房（详见附图5—8
（1））；
有的连续几块预制楼盖板也出现横向断裂,裂缝与墙体搭接处出现的周圈裂缝相连，见青春路9号院5号楼三单元603号住宅西南房间（详见附图5—8
（2））。
BA
缝宽1mm
150
AB
191821
附图5-8
（1）522号楼一单元11号住附图5-8
（2）5号楼三单元603号
宅东南房顶板与墙体连接处裂缝示意图住宅西南房顶板裂缝示意图
另外，有时顶层房屋预制楼板的板缝也会开裂，有的房间有一至三条顶板板缝开裂，与板缝相应位置处的地面也出现裂缝。
2.使墙体出现温差裂缝的主要变形构件
砖混房屋顶层墙体出现裂缝的情况最多。
常见的砖混房屋有两种结构类型，一种是现浇混凝土楼、屋盖板的砖混房屋，另一种是有圈梁和构造柱的砖混房屋。
这两种房屋的主体是由钢筋混凝土构件和砖砌体组成，混凝土构件的热线胀系数是1.0×
10-5oC-1，砖砌体的热线膨胀系数是0.5×
10-5oC-1，在同样温差的条件下混凝土构件的变形为砖砌体的两倍，由于混凝土构件和砖砌体之间存在较大的变形差，在发生较大温差变形的情况下，构件之间产生了较大的温差内力，温差内力在砖砌体和和混凝土构件内形成了拉应力或剪应力，在拉应力或剪应力的作用下，砖砌体出现了斜向或横向裂缝，混凝土构件出现了断裂裂缝。
（1）现浇混凝土楼盖板的热胀变形造成墙体裂缝
屋面受阳光直接辐射，屋面吸收了大量的热能，在夏季二粘三油的屋面最高温度可达700C左右。
若屋面保温层保温性能不足，热能下下传导到现浇钢筋混凝土楼盖板，楼盖板发生热胀变形，使房屋顶层墙体出现斜向裂缝。
由于楼盖板受热比较均匀，各部位的热线胀程度差不多，对墙体的作用力基本相同，所以每道墙体的裂缝长度和宽度基本相同，并且不会影响下一层的楼板和墙体。
例子——两个：
一个国管局朝阳区三岔河综合楼，一个通县厂房办公楼女儿墙。
（2）圈梁和构造柱受热线胀也可使墙体产生裂缝
唐山地震后，北京地区建造房屋普遍采用了预应力楼板，砖墙体中增加了圈梁和构造柱。
圈梁和构造柱受热线胀也可造成墙体开裂。
顶层圈梁受热后在楼板的平面内向纵向和横向产生线胀，圈梁热线胀变形示意图如下。
③⑤⑨111517
D
西北
C
B
A
①②④⑥⑦⑧⑩121314161819
附图7-1522号楼圈梁热线胀变形示意图
构造柱受热后在竖向上产生线胀，带动圈梁产生位移，构造柱热线胀变形示意图如下。
2700
DCBA
附图7-2522号楼构造柱热线胀变形示意图
3.使墙体开裂的主要热源
使顶层墙体产生裂缝的热能来自两个部位，一个部位是房屋屋面长时间受阳光辐射，黑色沥青油毡吸收大量的热能向下传导，如果屋面隔热保温层保温效果不好，就有大量的热能到达屋盖板或顶层圈梁，使屋盖板或圈梁产生过大的热线胀；
另一部位是楼房外墙墙体受阳光辐射，热能传导至圈梁和构造柱，使圈梁和构造柱产生过大的热线胀。
现在屋面的做法主要有两种：
一种是在预应力圆孔楼盖板上铺60mm厚聚苯板保温层，再加30mm至40mm厚水泥焦渣和20mm厚水泥砂浆找平层,上铺10mm厚SBS改性沥青油毡防水层（见附图8-1）;
另一种是在楼盖板上加200至250mm厚加气混凝土块保温层，再加30mm至40mm厚水泥焦渣和20mm厚水泥砂浆找平层,上铺10mm厚二毡三油防水层（见附图8）。
10二毡三油
20水泥砂浆
30-40水泥焦渣
10SBS油毡
120
外墙外墙
307030
200加气砼块
60聚苯板
圈梁圈梁
构造柱构造柱
附图8-1附图8-2
在夏天气温最高时，因阳光长时间的照射，油毡屋面吸收太阳辐射热，表面最高温度可达到700C,其中一部分热能通过屋面防水保温层传导到楼盖板和圈梁上，但是这部分热能的传导要经过防水层、找平层和保温层才能到达楼盖板和圈梁的表面上，这时候楼盖板和圈梁表面上的温度只有约430C。
而从墙面上传导的热能只通过120mm厚的砖墙就可到达圈梁和构造柱的表面，据有关资料，在阳光长时间的照射下，墙面上的最高温度可达到550C至580C，通过计算这时圈梁和构造柱表面的温度约为490C至510C。
计算结果如下：
（1）材料热工性能表表A
材料
油毡
水泥
砂浆
焦渣
聚苯板
加气
混凝土
砖砌体
空气
容重γ
kg/m3
600
1800
1100
400
500
导热系数λ
KC/mK
λ1
0.17
λ2
0.93
λ3
0.42
λ4
0.042
λ5
0.123
λ6
1.74
λ7
0.814
λ8
0.91
P:
53
（2）.材料的热阻：
材料的热阻值等于材料的厚度（单位m）除以其导热系数。
λ1
0.02
0.93
0.01
0.17
λ2
R1===0.059R2===0.022
0.06
0.042
0.35
0.42
δ3
λ3
δ4
λ4
R3===0.083R4===1.429
0.07
0.91
0.03
1.74
δ8
λ8
δ6
λ6
0.120.814
δ5
λ5
0.200.123
R5===1.626R6===0.017
δ7
λ7
R7===0.147R8===0.077
1
12
（3）混凝土楼盖板上表面温度值的计算：
室内温度按ti=400C计，
te-ti
R0
油毡表面温度为te=700C计算，板表面放热系数aw=12Rw=
混凝土楼盖板上表面的温度tm=te-（R1+…+Rm）
a:
按附图8-1所示屋面做法楼盖板上表面温度值的计算：
R0=R1+R2+R3+R4+R6+R8+R*6+RW=0.059+0.022+0.083+
70-40
1.787
1.429+0.017+0.077+0.017+0.083=1.787
t4=70-（0.059+0.022+0.083+1.429）=70-26.7=43.30C
b:
按附图8-2所示屋面做法混凝土楼盖板上表面的温度值：
R0=R1+R2+R3+R5+R6+R8+R*6+RW=0.059+0.022+0.083+
1.626+0.017+0.077+0.017+0.083=1.984
1.984
t4=70-（0.059+0.022+0.083+1.626）=70-27.1=42.90C
若保温层保温性能降低，楼盖板上表面的温度值还会更高。
保温性能降低和失效的原因有以下几种：
第一种是聚苯板或加气混凝土块在施工时破碎损坏，在其上铺设的水泥焦渣中水泥含量较高，有大量的水泥焦渣直接铺设在楼盖板上；
第二种是屋面施工时正值雨季，大量雨水渗透到保温层内，在保温层没有干透的情况下，接着做屋面防水，将雨水捂在防水层下；
第三种是屋面防水不严密，有破损之处，到雨季大量的雨水通过破损处灌入保温层内。
第四种是设计或施工原因造成保温层过薄或保温效果差。
（4）圈梁和构造柱表面的温度值：
R0=R7+R9+RW=0.147+0.138+0.083=0.386
0.24
δ9
λ9
其中R9为混凝土圈梁的热阻值R9===0.13
58-40
0.386
当墙面温度为580C时：
圈梁表面的温度值tq=58-×
0.147=51.10C
可见一般情况下从墙面传导致圈梁和构造柱的温度（或热能）高于屋面，因此从墙面传导致圈梁和构造柱的温度（或热能）是使房屋墙体出现裂缝的又一主要原因。
这一点从下一层墙体也会出现斜向裂缝的现象可以得到证明，由于中间隔了一层住房，屋面的热能不可能传到下一层的楼面上，下一层的圈梁和构造柱自然没有线胀的理由，而墙体出现了斜向裂缝，说明圈梁和构造柱有受热线胀的现象，圈梁和构造柱所受的热能也只能来自于墙体。
经有关部门测定，夏季华北地区楼房四面墙体接受阳光辐射照度的日总量（单位W/m2）为西立面8199、东立面4078、南立面2909、北立面1713。
据此可以看出楼房西山墙和西端圈梁及构造柱承受的热量最多，温度最高，东端次之（为西端的49.7%），南侧位居第三（为西端的35.5%），北侧最少（为西端的20.9%），这和一部分顶层房屋各部位墙体裂缝开裂的程度极为吻合。
这些顶层房屋墙体西端的裂缝最宽最长，东端次之，南侧墙体比北侧墙体开裂的程度大。
航天部二院永定路52号院522号住宅楼及贵园南里小区的甲9、甲10、甲11和甲12号楼等部分楼房由于在楼房的西侧有一幢住宅楼为其遮挡西侧阳光辐射，西山墙裂缝开裂的程度较东山墙小；
另外522号住宅楼的楼顶又架设了一个高0.30至0.60m的凉棚，顶层墙体照样开裂，从另一方面证明了这一点。
4.主传导热能的部位和强弱决定了顶层墙体裂缝的分布位置和形态
顶层墙体裂缝的分布位置和形态由屋面热能和墙体热能组合作用的强弱而决定，因这两种热能的组合作用而造成顶层墙体裂缝的情况主要有三种。
第一种组合为：
当屋面保温不好，墙体保温较好时，屋面热能对墙体的裂缝起主导作用，墙面热能起辅助作用。
屋面热能使顶层圈梁或楼盖板受热产生线胀，在平面内向东、西、南、北四个方向延伸，这时顶层墙体裂缝的分布比较均匀，纵、横墙体都会出现裂缝，纵墙的裂缝主要集中在东、西两端，楼体两端边开间的裂缝最宽最长，墙体裂缝的宽度和长度随着开裂位置移向中部而逐渐变窄减短，楼体中部的纵墙一般不会出现裂缝。
横墙的裂缝在各道内横墙的南、北两端均可出现。
墙面热能可使这些裂缝加宽增长，如纵墙西端的裂缝比东端的长且宽，横墙南端的裂缝比北端的长且宽。
一般外墙较厚（370mm），受力小，在温差不大时不会开裂，即使开裂，裂缝的宽度和长度也较小。
因屋面保温效果不好使顶层墙体开裂的楼房较少，多见于有挑檐的楼房，如朝阳区裕民路3号北京人民警察学院综合教学楼、安华里二区8号楼、通州区吉祥园11号楼、国管局朝阳区三岔河综合楼，无挑檐（有女儿墙）的楼房也可发生，如大兴黄村枣园东里13号楼。
第二种组合为：
当屋面保温较好，墙体保温不好时，墙面热能对墙体的裂缝起主导作用，屋面热能起辅助作用。
墙面热能使外墙的圈梁和构造柱受热产生线胀，东、西山墙的圈梁向南、北方向延伸，南、北外墙的圈梁向东、西方向延伸，构造柱向上延伸。
在这种情况下，顶层墙体的裂缝主要分布在楼房两端的横墙墙体上，西、东
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