建筑物裂缝分析.docx

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建筑物裂缝分析

建筑物裂缝分析2013.5.16

一概述

1、建筑物与人类活动息息相关，各种各样的建筑物及其状态完全可以用各色各样的人及其状态来比拟。

己建成的众多建筑物也存在着不同程度的问题，所以旧建筑物的事故也会不断出现。

2、避免事故的主要措施是对旧的建筑物定期进行全面、系统和科学的检查，发现隐患，及时排除。

3、检查就是要发现问题,首先应该了解我国旧建筑物存在的问题，可以减少检查工作的盲目性，有利于准确、快速地发现结构中的问题。

对于建筑物的评估管理人员来说，了解促使建筑物发生问题的原因，及时采取有效的防范措施，尽可能延长建筑物的使用寿命。

4、概括的说，我国旧建筑物存在的问题主要在结构的抗力、变形、稳定、耐久性能等方面及建筑物使用功能得不到保证等。

产生这些问题的主要原因有设计、施工、使用管理及其他一些特殊原因。

因时间有限，对产生问题的原因暂不讨论，重点征对组成建筑物的主要结构（地基基础、上部承重结结构、围护结构）在使用过程中经常见病害状态对结构物的安全性的影响作一定性介绍。

二工程结构裂缝分析

1工程裂缝的基本概念

民用建筑物在建设和使用过程中会出不同程度、不同形式的裂缝，结构物的破坏和倒塌也是从裂缝的开裂–扩展–破坏。

因此老百姓看到裂缝就产生一种破环前兆的恐惧感，不安全感是有道理的。

裂缝是固体材料中某种不连续现象，但要将裂缝的有害程度控制在允许范围之内。

根据国内外设计规范及有关实验资料，砼最大裂缝宽度控制标准如下；

（1）无侵蚀介质，无防渗要求，0.3～0.4mm，

（2）轻微蚀介质，无防渗要求，0.2～0.3mm，

（3）严重蚀介质，有防渗要求，0.1～0.2mm，

砌体结构上的裂缝宽度，我国没明确规定，德国规定砌体裂缝宽度不得超过0.3mm。

2裂缝产生的原因

（1）结构物的裂缝产生，主要是由荷载、变形引起的。

结构材料本身的抗拉强度，小于由荷载、变形产生的主拉应力，构件在薄弱处出现裂缝。

（2）荷载分；动荷载、静荷载，所产生的裂缝称荷载裂缝。

（3）变形分温度变形、收缩变形、不均匀沉降变形等，所产生的裂缝称变形裂缝。

根据国内外大量调查资料，民用建筑物上的裂缝，由荷载引起的裂缝占20%，由变形引起的裂缝占80%。

3有害裂缝、无害裂缝

（1）无害裂缝；由变形产生的裂缝在竣工后约一年内出现并继续发展，地基沉降2～3年内进入稳定，干缩变形1～2年即可完成，温度裂缝经过1～2年之后其变形幅度可以稳定在一个很小范围内，但随季节作周期变化，这种裂缝一般不会影响结构安全，称无害裂缝。

（2）有害裂缝；由荷载作用在构件上引起的裂缝，随荷载的持续作用，裂缝逐渐发展而不会自行稳定，结果危及结构安全，称有害裂缝。

在1997年颁布的建筑法中，将工程质量问题定为“质量缺陷”和“质量事故”。

屋面渗漏和墙面裂缝属于“缺陷”，规定在竣工时不允许存在，对住入后出现的裂缝，应通过观察，判定稳定后给予修补。

有害裂缝属予“事故”是建筑物的安全隐患，必须通过鉴定尽快补强、加固、直至拆除。

三常见裂缝的部位

例如；一幢条形砖混结构平顶住宅楼；

顶层；墙体易出现正八字裂缝，女儿墙根部易出现水平裂缝，一层；墙体易出现倒八字裂缝，中段区易出现竖向裂缝，窗洞口易出现450斜裂缝。

四、现场检查中应注意的问题

（一）地基基础

当地基与基础存在缺陷时，建筑物总会有所反映，其典型反映就是建筑物的整体或局部结构发生变形或变位。

1、基不均匀变形

（1）、结构上的反映主要有：

（a）建筑物的墙体、门窗洞口、过梁等有垂直或倾斜的墙体裂缝，称沉降裂缝。

（b）当柱基沉降时，柱子根部与室内地坪之间出现水平错动裂缝，

（c）首层框架柱与框架梁的节点处会出现X型裂缝。

（d）建筑物有明显的倾斜。

（2）、检查判断时的主要依据：

（a）若建筑物没有出现沉降裂缝和倾斜裂缝，表明地基未发生过大的不均匀变形或者变形已终止。

（b）虽沉降裂缝或倾斜裂缝，但没有发展（可在裂缝处抹石膏疤的方法检查）说明变形已终止。

（c）若沉降裂缝或倾斜裂缝在继续发展，则应进行地基观测并绘出裂缝宽度——时间关系曲线，掌握地基变形发展趋势。

例1地基不均匀沉降产生的裂缝

基础持力层不在同一标高，将深挖部分回填后达到统一标高，而基础在持力层错层处未设沉降缍缝，对应的上部建筑物易出现钭裂缝

例2框架结构局部沉降框架梁上产生的裂缝

（二）上部结构

1砌体结构

（1）砌体结构缺陷和症害检查要点

a砖、砌块、石料、砂浆等强度变化、腐蚀、风化、冻融损坏。

强度变化对墙基、柱脚以及经常处于潮湿腐蚀条件下的外露砌体的影响尤为严重。

b裂缝检查：

对墙体、柱受力较大部位，如梁支座下的砌体，墙和柱变截面处、地基有不均匀沉降及较大温度变化部位，测定裂缝的宽度、长度及分布。

C结构损伤：

重点检查承重墙、柱、砌体的损伤面积大小和分布状况。

d变形检查：

重点检查承墙、柱的凸凹变形和倾斜。

e连接检查：

墙体的纵横墙连接、垫块的设置及连接件的滑移、松动、损坏等情况。

f墙体稳定性检查：

主要测定支承约束条件和高厚比。

g圈梁检查：

指圈梁的布置、拉接、构造处理是否合理。

（2）缺陷和症害的基本分析

a砌体承载力不足：

主要表现为砌体局部压裂、压碎、剪裂、拉裂等，问题严重的会因局部破坏造成整体失稳而倒塌。

b压裂、压碎现象一般发生在高厚比较小,应力比较集中的构件。

c剪裂，常发生在把大梁架设在门窗洞上，而墙体没有设置托梁的结构上。

D典型案例:

a窗台下墙砌体受弯裂缝

b一幢条形基础，砖混结构,平层顶住宅楼变形裂缝；

顶层；墙体易出现正八字裂缝，女儿墙根部易出现水平裂缝，裂缝发生的时间多在夏天高温天气。

首层墙体易出现倒八字裂缝，中段区易出现竖向裂缝，窗洞口易出现450斜裂缝，裂缝发生的时间多在冬天寒冷天气。

c砌体强度不足产生的裂缝过程。

第一阶段裂缝，单砖断裂在同一层出现多处（水泥粉刷层往往开裂或起壳），说明该墙在竖向荷载下己无安全贮备，需要补强。

第二阶段裂缝，竖向裂缝连续长度超过四皮砖（软粉刷层也将开裂起壳），该部位墙体己接近破坏，如果这种裂缝在一室的范围内数量很多，间距≤240mm，则此室墙体有发生倒塌的危险。

2混凝土结构

例1梁板结构上的裂缝（温度、干缩）；

框架现浇板结构，属超静定结构，其结构上出现的裂缝多数是由降温及收缩引起的。

当结构周围温度变化时，梁、板均要产生变形，板的厚度远远小于梁的厚度，所以水份蒸发快，收缩变形大，降温时梁的温度变化滞后于板，特别在急冷降温时更为明显，板的收缩大于梁。

梁相对于板而言为外约束，由于板的收缩变形受到梁的约束，故在板上产生拉应力，这种应力是产生裂缝的主要原因，这种裂缝在板上常为贯通裂缝（一般出现在底层），出现在梁上，常为表面裂缝。

例2楼板上的裂缝（负弯矩）

例3主、次梁上的裂缝（弯矩、剪力）

例4混凝土柱正常荷载下的裂缝

例5干缩裂缝

3钢结构

（1）钢结构的缺陷主要表现在以下四个个方面：

a钢材缺陷----开裂、夹层、缩孔、斑痕、划痕等。

b制造阶段缺陷----几何尺寸的偏差，构件的非线性，焊接和铆接质量低劣，底漆和涂料质量不好。

c安装阶段缺陷----结构位置的偏差，运输和安装时引起构件的扭曲和局部变形，节点处安装连接质量差，漏装或少装某些扣件、缀板、焊缝尺寸偏差等

d使用中的缺陷----材料的腐蚀引起构件横截面面积的减小，在交变荷试载作用下引起构件所疲劳及破坏。

（2）钢结构的损坏特征主要表现在五个方面：

a整体性破坏----裂缝、断裂、构件切口。

b几何形状失真----变形、弯曲、局部扭曲。

c连接破坏----焊缝、螺栓及铆钉的裂缝和松动。

d结构变位----挠度过大、偏斜

e腐蚀破坏。

（3）钢结构的稳定问题

结构总体稳定，是指结构在抵抗侧向作用下不发生倾覆和过大的变形，解决的方法主要是设置各类支撑（垂直剪刀支撑、水平支撑、隅撑等），设置支撑后，整个钢结构房屋形成整体。

忽视支撑作用，造成的事故很多，

（4）对己建钢结构物检查，要检查支撑系统是否完整，各类构件有无缺陷及缺陷附近有无纹开展，

．

工程结构裂缝分析

1工程裂缝的基本概念

民用建筑物在建设和使用过程中会出不同程度、不同形式的裂缝，结构物的破坏和倒塌也是从裂缝的开裂–扩展–破坏。

因此老百姓看到裂缝就产生一种破环前兆的恐惧感，不安全感是有道理的。

裂缝是固体材料中某种不连续现象，但要将裂缝的有害程度控制在允许范围之内。

根据国内外设计规范及有关实验资料，砼最大裂缝宽度控制标准如下；

（1）无侵蚀介质，无防渗要求，0.3～0.4mm，

（2）轻微蚀介质，无防渗要求，0.2～0.3mm，

（3）严重蚀介质，有防渗要求，0.1～0.2mm，

砌体结构上的裂缝宽度，我国没明确规定，德国规定砌体裂缝宽度不得超过0.3mm。

2裂缝产生的原因

结构物的裂缝产生，主要是由荷载、变形引起的。

结构材料本身的抗拉强度，小于由荷载、变形产生的主拉应力，构件在薄弱处出现裂缝。

荷载分；动荷载、静荷载。

变形分温度变形、收缩变形、不均匀沉降等，所以裂缝又分为

（1）荷载裂缝，

（2）变形裂缝（这些变形在构件内引起应力集中，导致构件开裂），根据国内外大量调查资料，民用建筑物上的裂缝，由荷载引起的裂缝占20%，由变形引起的裂缝占80%。

3有害裂缝、无害裂缝

由变形产生的裂缝在竣工后约一年内出现并继续发展，地基沉降2～3年内进入稳定，干缩变形1～2年即可完成，温度裂缝经过1～2年之后其变形幅度可以稳定在一个很小范围内，但随季节作周期变化，这种裂缝一般不会影响结构安全，称无害裂缝。

由荷载作用在构件上引起的裂缝，随荷载的持续作用，裂缝逐渐发展而不会自行稳定，结果危及结构安全，称有害裂缝。

在1997年颁布的建筑法中，将工程质量问题定为“质量缺陷”和“质量事故”。

屋面渗漏和墙面裂缝属于“缺陷”，规定在竣工时不允许存在，对住入后出现的裂缝，应通过观察，判定稳定后给予修补。

有害裂缝属予“事故”是建筑物的安全隐患，必须通过鉴定尽快补强、加固、直至拆除。

4常见裂缝的部位

一幢条形砖混结构平顶住宅楼；

（1）

顶层；墙体易出现正八字裂缝，

（2）女儿墙根部易出现水平裂缝，

（3）一层；墙体易出现倒八字裂缝，中段区易出现竖向裂缝，

（4）窗洞口易出现450斜裂缝。

（5）框架结构，加气砼填充墙，在外墙易出现不规则裂缝，

（6）底层中段区域现浇楼板易出现横向贯通裂缝，裂缝出现在板上者常为贯通裂缝，出现在梁上者，常为表面裂缝。

。

（4）荷载裂缝多出现在楼板、梁等受弯构件上；

典型裂缝有两种，一种在梁、板跨中下表面，走向与跨度方向垂直，另一种在梁支座处，沿两侧面，自支座处向上沿450方向延伸。

这些裂缝一旦发现，应尽快采取补救措施。

1地基不均匀沉降产生的裂缝，

基础持力层不在同一标高，将深挖部分回填后达到统一标高，而基础在持力层错层处未设沉降缍缝，对应的上部建筑物易出现钭裂缝

2梁板结构上的裂缝；

框架现浇板结构，属超静定结构，其结构上出现的裂缝多数是由降温及收缩引起的。

当结构周围温度变化时，梁、板均要产生变形，板的厚度远远小于梁的厚度，所以水份蒸发快，收缩变形大，降温时梁的温度变化滞后于板，特别在急冷降温时更为明显，板的收缩大于梁。

梁相对于板而言为外约束，由于板的收缩变形受到梁的约束，故在板上产生拉应力，这种应力是产生裂缝的主要原因，这种裂缝在板上常为贯通裂缝（一般出现在底层），出现在梁上，常为表面裂缝。

楼板裂缝近似计算；

3窗洞口450斜裂缝；

窗洞口出现的450斜裂缝，主要是窗洞口构造不合理造成的，砌体在温度、干缩变化时，由于自身约束，砌体会产生水平方向上的拉（压）应力，在该应力作用下，在窗洞口必然产生应力集中，集中应力是产生裂缝的主要原因，

4加气砼外墙裂缝

由于框架结构取代砖混结构，框架结构填充墙用砌块取代红砖，烟台地区规定，外填充墙用加气砼砌块，外面抹水泥砂浆，但一年之后，外墙表面龟裂现象普遍。

引起外墙表面龟裂的原因，是加气砼墙体与外墙抹灰层变形不协调造成的，加气砼由于掺加了发气剂（如铝粉，双氧水等），砼内部形成无数个小气孔，孔隙率达70%以上，当温度在20±20C，相对湿度在41%～45%时，加气砼的干燥收缩值为0.5mm／m，当湿度发生变化时（干缩），加气砼产生收缩变形。

而水泥砂浆抹灰层的干缩变形远小于加气砼产生干缩变形，对加气砼干缩变形起阻碍作用（约束），在相同条件下两者产生变形差，差异变形在水泥砂浆抹灰层产生拉应力，该应力是引起墙面（水泥砂浆抹灰层）龟裂的主要原因。

加气砼的弹性模量（参照粉煤中型实心砌块，用M5砂浆砌筑）

E=950f=950×2.28=2166Mpa

f－MU7.5砌块，M5砂浆砌体抗压强度（2.28Mpa）

加气砼干缩应变；=0.5／1000=5×10-4

因加气砼砌块干缩引起的拉应力；

=E×=2166Mpa×5×10-4=1.0Mpa

上述计算干缩应力时，考虑的条件是极限状态，没考虑抹灰层的相应变形，故取应力松弛系数H（t）=0.5，所以最大拉应力；

max=H（t）×=0.5×1.0Mpa=0.5Mpa＞ft

ft－抹灰砂浆弯曲抗拉强度标准值（0.38Mpa）

所以外墙表面龟裂，是墙体与抹灰层两种材料力学性（干缩变形）能差别过大造成的。

5内地面砖膨胀失稳破坏

各种地面砖均在砼基层上做砂浆面层，再铺地面砖，由于砂浆面层与砼结构层之间常出现粘结力薄弱或空壳现象。

当地板表层温度升高时，由于热空气作用，空壳部分变成空鼓，空壳层

发生轻微翘曲，当砂浆面层激烈升温时，发生轻微翘曲的砂浆面层，产生伸长变形，空壳部位砂浆面层变成有初始弯曲的受压构件，当压应力足够大时便引起受压构件起拱、失稳、破坏。

地板会出现受压失稳破坏，此时裂缝长度不长，但裂缝尖端附近的应力场中，存在着混合型裂纹应力，在交变应力（人在地板上的走动），初始裂缝将缓慢扩展（有时裂缝长达1～3m）。

地面起拱破坏的三个主要因素；温差、空鼓长度、面层厚度。

6沉降裂缝

沉降裂缝一般在竣工后1～3年，沉降稳定，裂缝不会再发展，根据裂缝具体情况进行修复。

7钢筋锈蚀裂缝

钢筋锈蚀后，由于锈蚀层膨胀，给钢筋周围的砼施加拉应力，当施加的拉应力大于砼的抗拉强度时，砼会出现沿钢筋长度方向的裂缝。

该种裂缝多出现在构件的四个角上，此种裂缝对构件的安全有危害，必须处理。

以上是近几年来对建筑工程裂缝处理过程中，归纳出的八类典型裂缝，对这六类裂缝的形成机理进行初步分析计算，基本与工程现象相吻合，只有对裂缝的形成机理有较全面认识，才能对裂缝危及结构安全程度作出可靠性判断。

8荷载裂缝

荷载裂缝在施工中就可以发现，由于荷载持续作用，裂缝会不断扩展，不会自行稳定，结果危及结构安全，一但发现荷载裂缝，必须尽快处理。

荷载裂缝多出现在楼板、梁等受弯构件上；

典型裂缝有两种，一种在梁、板跨中下表面，走向与跨度方向垂直，另一种在梁支座处，沿两侧面，自支座处向上沿450方向延伸。

这些裂缝一旦发现，应尽快采取补救措施。

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以上是近几年来对建筑工程裂缝处理过程中，归纳出的八类典型裂缝，对这八类裂缝的形成机理进行初步分析计算，基本与工程现象相吻合，只有对裂缝的形成机理有较全面认识，才能对裂缝危及结构安全程度作出可靠性判断。

火灾后建筑物现场检查

检查建筑物火灾现场，首先要解决的是确定火灾温度。

因为这是计算结构物构件表面温度，构件是否超过耐火极限，对建筑物灾害评估是重要的依据。

火灾温度不可能在发生火灾当时测出，从下列三方论证，综合客观评定出火灾温度。

（1）是火灾后通过可燃物种类和数量，通风条件等，计算火灾燃烧持续时间，推算出火灾温度。

（2）根据火灾后现场残留物烧损情况来判断火灾温度。

（3）以结构的烧损损情况来判断火灾温度。

1，计算火灾燃烧持续时间，推算出火灾温度

温度计算

根据国际标准组织制定的ISO834标准升温曲线，火灾温度计算公式为：

式中。

T为标准温度（oC）；

T0为自然温度（oC）；

火灾菏载与火灾燃烧持续时间关系

火灾菏载N/㎡

250

375

500

750

1000

1500

2000

火灾持续时间（小时）

0.5

0.7

1.0

1.5

2.0

3.0

4.5

火灾菏载；是指燃烧材料热能等值地转化成当量的木材数量来表示火灾菏载。

国外由统计资料确定火灾菏载

办公室

住宅

教室

医院

仓库

150～300

N/㎡

350～600

N/㎡

300～450

N/㎡

150～300

N/㎡

2000～10000

N/㎡

2，根据火灾后现场残留物烧损情况来判断火灾温度。

金属材料变态温度

材料名称

代表物件

高温后的变态

温度C

铝

铝管，玩具

锐边变圆，有滴状物

300350

，

（