(一)地基不均匀沉降引起的墙体裂缝分析
房子的所有荷载最终通过地基传递给地基,地基的应力在荷载作用下随深度扩散。深度越大,扩散越大,应力越小。在同一深度,总是中间最大,两端逐渐减小。正是由于土体应力的扩散,即使地基地层非常均匀,建筑地基的应力分布仍然是不均匀的,这就导致了建筑地基的不均匀沉降,即建筑中间沉降多,两端沉降少,形成了一个略向下凹的盆状地表沉降分布。当地质较好且均匀,建筑物长高比不大时,建筑物基础不均匀沉降的差异相对较小,一般不会对建筑物的安全使用产生太大影响。但当房屋建在淤泥质土或软塑粘性土上时,由于土的强度低、压缩性高,房屋的绝对沉降和相对不均匀沉降可能会比较大。如果建筑的长度和高度都比较大,整体刚度差,不加固地基,那么墙体就可能出现严重的裂缝。裂缝对称出现在纵墙两端,向沉降大的方向倾斜,沿门窗洞口约45%。是规则的八字形,房子上部裂缝小,下部裂缝大。这种裂缝一定是由于地基附加应力引起地基不均匀沉降造成的。
当建筑地基土层分布不均匀,土质差异较大时,不同土层交界处或同一土层不同厚度处往往出现明显的不均匀沉降,导致墙体开裂,裂缝有大有小,并向软土或厚土层方向倾斜。
在建筑高度差较大或荷载差较大的情况下,没有沉降缝时,高低重交界处容易产生较大的不均匀沉降裂缝。此时裂缝位于层数少、荷载轻的部位,向层数多、荷载重的部位向上倾斜。
当房屋两端土的压缩性较大,中间部分较小时,沉降分布曲线会呈凸形。此时,除了纵墙两端向外倾斜的裂缝外,纵墙顶部也常出现垂直裂缝。
在多层住宅中,当底层窗台过宽时,由于窗间墙体荷载的集中传递,往往容易引起地基的不均匀沉降,导致窗台在地基反力的作用下发生反向弯曲,造成窗台中间出现竖向裂缝。
另外,如果新建筑的基础位于原建筑下方,新老基础底部的高差H与净距L之比应小于0.5~1。否则,新房荷载引起的地基沉降会使原有房屋和墙体产生裂缝。同样,相邻高层和低层建筑施工时,也应按照先高后重、先低后轻的原则组织施工;否则,如果先建低层,后建高层,也会造成低层墙体开裂。
从以上分析可以看出,裂缝的分布与墙体的高宽比密切相关。长高比大的房屋,刚度差,抗变形能力差,容易出现裂缝。由于纵墙的长高比大于横墙的长高比,大部分裂缝发生在纵墙上。裂缝的分布与地基沉降分布曲线密切相关。当沉降分布曲线呈凹形时,裂缝多发生在房屋下部,裂缝宽度有大有小。当沉降分布曲线呈凸形时,房屋上部常出现裂缝,裂缝宽度有大有小。裂缝的分布与墙体的力学特性密切相关。由于应力集中,门窗洞口、平面转折处、高度变化处往往容易出现裂缝。因为墙被剪切破坏,它的主拉应力是45。所以裂缝也是45度倾斜。
为防止地基不均匀沉降引起的墙体开裂,应先处理软土地基和不均匀地基,但在拟定地基加固处理方案时,应将地基处理和上部结构处理结合起来,使之共同工作。不能单纯从地基处理入手,否则不仅花费大;而且效果也差。在上层建筑的处理上,有:改变建筑的造型;简化建筑平面;合理的沉降缝;加强房屋的整体刚度(如增加横墙、增加圈梁、采用席式基础、箱型基础等。);采用轻型结构,结构灵活等。
(2)温度应力引起的墙体裂缝分析
一般材料都具有热胀冷缩的性质,建筑结构因周围温度变化而产生的变形称为温度变形。如果结构不受任何约束,在温度变化时能自由变形,那么结构中就不会产生附加应力。如果结构受到约束,不能自由变形,结构中就会产生附加应力或温度应力。温度应力引起的结构膨胀值。
温度应力引起的墙体裂缝一般有以下几种情况:
1.八字形裂纹
如图4-6所示,当外界温度升高时,外墙本身会沿长度方向伸长,但屋面部分(尤其是直接暴露在大气中的钢筋混凝土屋面)的伸长值要大得多。从屋顶与墙体连接处的切割可以看出,屋顶的延伸会对墙体产生额外的水平推力,使墙体被屋顶推动产生剪应力,剪应力和拉应力也会引起主拉应力。当主拉应力过大时,会在墙体上产生八字形裂缝。由于剪应力的分布一般中间为零,两端最大,所以八字形裂缝多发生在墙体两端,一般占据两三个开间,发生在顶层墙体上。
2.水平裂缝和角状裂缝
平顶住宅中,有时在屋面板底部或顶圈梁附近沿外墙顶部出现纵向水平裂缝和转角裂缝,这是由于屋顶伸长或缩短引起的向外或向内的拉力造成的。转角裂缝实际上是水平裂缝的一种形式,由外横墙的水平裂缝和竖墙的水平裂缝连接而成。在这种情况下,下面一般不会有张开的裂缝。有时,外纵墙的水平裂缝也会出现在顶层的窗台处。
3、女儿墙根部和竖向裂缝
由于屋面伸长或缩短引起的女儿墙根部向外或向内的推拉,女儿墙根部砌体外的女儿墙向外倾斜,形成水平裂缝。有时由于钢筋混凝土屋面收缩,女儿墙可能处于偏心受压状态,从而导致女儿墙上部竖向开裂。
此外,楼梯间两侧或错层处的墙体容易出现局部竖向裂缝,这是由于楼板收缩产生的拉力大造成的。
影响房屋胀缩裂缝的原因很多,也很复杂。以上只是一些常见的情况。为了减少温度应力的影响,可以采用合理的伸缩缝;避免楼板和伸缩缝的错位;加强屋顶隔热;用油毡加滑石粉或铁皮将屋面板与墙体隔离,在女儿墙根部留一定空隙,使其能自由伸缩,有伸缩空间;在储水屋顶区域种植屋顶;女儿墙上设有构造柱;加强结构薄弱环节,提高其抗拉强度等技术措施。