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1、建筑结构裂缝分析 1、建筑物裂缝基本概念 结构试验表明，裂缝的出现和开展是结构破坏的先兆。建筑物中裂缝的存在预示着结构承载力可能不足，过大的裂缝会促使钢筋锈蚀而降低结构耐久性，会造成房屋渗漏，影响建筑物美观。所以，一般人很难接受建筑物裂缝。但客观现实，建筑物裂缝很难完全避免，就经济及科学观点，一定程度的裂缝是可以接受的。裂缝成因比较复杂，危害程度不仅与裂缝大小有关，而且与裂缝性质、产生原因及结构功能要求的不同各不相同，不同类型的裂缝处理方法各异。 2、裂缝调查 2.1 外观检测 裂缝外观检测是裂缝原因分析和危害性评定必不可少的最基本调查，主要包括裂缝的形式、裂缝部位、裂缝走向、裂缝宽度、裂缝深
2、度、裂缝长度、裂缝发生及开展的时间过程，裂缝是否稳定，裂缝内有无盐析、锈水等渗出物，裂缝表面的干湿度，裂缝周围材料的风化剥离情况，等等。裂缝外观检测常用的仪器有刻度放大镜、裂缝对比,卡等；裂缝深度主要是采用超声法探测或局部凿开检查。对于活动性裂缝判定，应进行定期观测，专用仪器有接触式引申仪、振弦式应变仪等，最简单的办法是骑缝涂抹石膏饼观察。 2.2裂缝成因调查 裂缝成因调查是为裂缝原因分析提供依据，包括材质、施工质量、设计计算与构造，使用环境与荷载。材质主要是水泥品种及安全性，砂石质量，是否存在碱性骨料，外加剂性能及用量。施工质量，主要是混凝土的强度、密实性、养护情况，钢筋位置及数量，模板刚度
3、及支撑情况。材质与施工质量调查方法，主要是核查保证资料，有针对性地辅以现场检测核对。设计计算与构造，重点是查结构方案及布置，荷载项目及取值，计算简图及分析方法(包括温度收缩应力)，结构差异沉降，结构抗裂计算结果，配筋，以及构造措施等是否满足规范，是否合理。使用环境与荷载，主要是分析结构在使用中的温度、湿度变化，是否存在有害介质作用，以及实际荷载是否超标等。,3、裂缝原因分析 3.1宏观责任分析 致使建筑物裂缝的因素很多，宏观上可分为原材料质量低劣或选用不当，施工质量不合格，设计错误，使用不当或环境的不良影响等四个方面。 原材料对混凝土结构裂缝影响最大的是水泥品种及质量，单就裂缝而言，硅酸盐水泥
4、及普通硅酸盐水泥水化热较高，大体量现浇混凝土结构易于裂缝；火山灰水泥及快硬水泥干缩性大，大面积混凝土结构易于裂缝；矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥抗冻性较差，干湿交替工程易于裂缝。矿渣水泥易发生沉缩和泌水现象。水泥含量越高，混凝土收缩越大，产生裂缝的可能性就越大。砂石含泥量过大，存在反应性骨料，外加剂不当或过量等，均容易造成混凝土结构裂缝。 施工质量不合格对建筑物裂缝形成最为直接，分混凝土、钢筋及模板三方面。混凝土方面，如混凝土配合比不当或泵送时改变了配合比，混凝土掺合料拌合不匀，混凝土搅拌时间不够或过长，混凝土浇筑顺序或接打处理不当，混凝土振捣不充分，混凝土硬化前受震动或受力，混凝土养护不及
5、时或不充分或受冻。混凝土强度过低会直接降低结构的抗裂性。钢筋方面，如混凝土在结硬期钢筋被扰动，钢筋保护层过小。模,板方面，如模板变形，模板支撑下沉，模板漏浆，过早拆模。 设计错误造成的结构裂缝，主要表现为结构方案及布置不合理，结构计算错误，结构抗裂性过低，以及结构构造不合理等方面。内力分析常见的错误是，计算简图与实际不符，荷载取值偏小或漏项，未考虑温度收缩应力及地基差异沉降所产生的内力；承载力计算常见的错误是，安全度取值偏低，配筋量不足，只算抗弯，不计算抗剪、抗扭；结构抗裂验算常易被忽视，尤其是手算；结构构造不合理，主要是伸缩缝及施工缝设置不当，配筋不合理，只配受力钢筋，忽略构造钢筋的作用和配
6、置，如简支梁板入墙不配负筋，现浇连续板只配受力钢筋，不设收缩温度筋，高梁不设腰筋等。 使用不当及环境的不良影响，多表现为荷载超过设计规定，周围存在酸、盐及氯化物等有害介质作用，环境温、湿度急剧变化，构件各部位温、湿度差过大，表面受热过度或火灾，建筑物处于反复冻融和干湿交替状态等。,3.2裂缝产生的时间过程分析 建筑物裂缝可以出现在施工阶段，也可能出现在使用阶段，可以是混凝土浇筑后的数小时至一天或数天，也可以是数十天后。施工阶段产生的裂缝主要应从施工方法、施工质量及原材料选用上找原因。当然，有的裂缝虽发生在施工阶段，但责任却与设计也有关，如原材料限定，施工缝设置，施工荷载验算等。使用阶段出现的裂
7、缝则较为复杂，分早期与晚期，设计错误，施工质量低劣，原材料选用不合理，以及使用不当及环境因素均可能存在，应逐项分析。 3.3裂缝形态分析 3.3.1荷载裂缝 荷载裂缝又称受力裂缝，是外荷载作用下产生的结构裂缝。如图17所示，这种裂缝规律性极强，一般通过计算分析可以得出确切的结论。典型的简支梁受力裂缝应如图1，跨中为正截面受弯裂缝，垂直于梁轴，下大上小；端部为斜截面受剪裂缝，起始于支座，指向梁顶集中荷载。砖柱、钢混凝土柱在轴心受压荷载下的裂缝如图2，裂缝沿柱轴纵向分布，中间稍密。大偏心受压柱裂缝如图3，裂,缝集中在最大弯矩部位，受拉面裂缝为水平走向，外大内小，垂直于柱轴；临近极限状态，受压面混凝
8、土有压碎现象。牛腿受力裂缝如图4，受剪裂缝起始于集中荷载作用点，斜向牛腿外斜面与下柱面交汇点延伸；受弯裂缝起始于牛腿支承面与上柱面交汇点，斜向柱内延伸。框架结构现浇楼盖裂缝如图5，板面裂缝成环状，沿框架梁边分布；板底裂缝成十字或米字，集中于跨中。预应力大型屋面板张拉裂缝如图6，裂缝分布于板面，垂直于长轴，由板面向下延伸；有的纵肋预应力筋端部还存在局压裂缝。转角阳台或挑檐板裂缝如图7所示，位于板面，起始于墙板交界，以角点为中心成米字形向外延伸。,图1 简支梁受力裂缝,图2 轴压柱受力缝,图3 大偏压柱受力缝,图4 牛腿受力缝,图5 框架结构现浇楼盖裂缝,图6 预应力板张拉裂缝,图7 阳角挑檐板受
9、力裂缝,对于无筋砌体结构，裂缝后因无钢筋约束，裂缝宽度一般都较大。,3.3.2 地震裂缝 地震对建筑物的作用，分水平作用和竖向作用。一般建筑，只考虑水平地震作用；对于8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构，及9度时的高层建筑，尚应考虑竖向地震作用。多层砖混结构在水平地震作用下的典型裂缝如图8，主要发生在窗间墙，表现为斜向剪切破坏，双向，故呈x型。多层框架结构在水平地震作用下的裂缝如图9，主要发生在梁柱交界部位的柱端和梁端，亦呈x形。,图8 地震作用下砖墙产生的X裂缝,图9 地震作用下框架梁柱产生的X裂缝,3.3.3 地基变形引起的裂缝 地基变形不协调时，如建筑物地基沉降不均
10、匀，各部位存在较大差异，当这种差异大到一定限度后（SS），就会引起上部结构裂缝。造成地基变形不协调的因素很多，如地基土不均匀，局部存在软土、填土、冲河、古河道等；基底荷载差异过大，建筑物存在高低差，基础形式和埋深不同；结构刚度差别悬殊，建筑物各部分结构类型不同，等等。典型地基变形引起的裂缝如图1012，图10由于基础类型和埋深不同，在交界处墙面产生上大下小的竖向裂缝；图11系房屋右端局部存在软弱土层，引起房屋右端墙体向右倾斜裂缝；图12因中桥墩下沉大于两边桥墩，在梁柱交界部位产生弯剪裂缝。,图10不同型式基础交界处墙面裂缝,图11 局部软弱地基不均匀沉降产生的墙面裂缝,图12 差异沉降引起的裂
11、缝,3.3.4 温度收缩裂缝 温度收缩裂缝是建筑物最常见的一种裂缝，主要是由于结构温度变形及材料收缩变形受阻及应力超标所致。宏观统计，温度裂缝多出现在建筑物直接受阳光辐射部位，顶部多于底部，南墙重于北墙，两端多于中间。如图13，典型的外墙面温度裂缝呈八字形斜向分布，两端屋顶圈梁底面还存在着明显的水平裂缝。就地域而论，年气温变化较大及昼夜温差较大的地区，建筑物温度裂缝较为突出；就房屋类别而论，完全裸露的房屋比有保温隔热措施的房屋，温度裂缝较为严重。 据调查，收缩裂缝与原材料品质、施工质量及结构类型较为密切，一般，现浇结构或超静定结构较装配式结构或静定结构收缩裂缝多；平面尺寸大、施工质量差的房屋收
12、缩裂缝相对较多。如图14，典型的现浇楼板收缩裂缝主要集中于房屋中部，沿楼层方向没有明显差异，裂缝形态为枣核状，中间粗两端细，绝大部分止于梁、墙边。,砖砌体结构温度收缩裂缝与全现浇剪力墙结构相似，但不完全相同。砖砌体的线膨胀系数(510-6/C)比混凝士的(1010-6/C)小，对于混凝土屋盖，尤其是大挑檐现浇混凝土屋盖，在温度变化时，砖墙与屋盖间必然有较大的剪切变形，因此，除八字形裂缝外，在屋盖与墙体或圈梁与墙体交界处，还会出现较大的水平裂缝。 砌块结构裂缝与砖砌体裂缝相似，但更普遍更严重，尤其是工业废料砌块，原因是砌块本身存在后期收缩，砌块与砂浆的粘结力比砖差，砌体抗拉、抗剪强度比砖砌体低，
13、仅为砖砌体的2530和 4050。,图13 低温或收缩产生的倒八字裂缝,图 14 混凝土现浇楼板收缩裂缝,3.3.5 碳化锈蚀裂缝 我国钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程关于钢筋混凝土结构耐久性给定了评估方法，该方法主要建立在混凝土碳化及钢筋锈蚀的基础上，认为混凝土碳化到钢筋部位，钢筋失去了混凝土钝化膜保护，会逐渐生锈，钢筋生锈后体积膨胀，会引起混凝土沿钢筋开裂；混凝土裂缝的开展，反过来又促使钢筋更快锈蚀，尤其是当环境湿度较大，周围存在有害介质时，这种恶性循环速度显著加快。因此，碳化锈蚀裂缝，必须给予高度重视。如图15，碳化锈蚀裂缝的特征是，裂缝沿钢筋分布，系由膨胀铁锈向外将混凝土胀开，裂缝周
14、围混凝土发酥，高出原有混凝土表面，并附着有褐色锈渍渗出物。,图15 碳化钢筋锈蚀产生的顺筋裂缝,3.3.6反复冻融产生的裂缝 试验研究表明，长期与水接触的混凝土，当温度为-4-200C时，表现为“冷胀热缩”。寒冷地区的外露混凝土结构，年复一年地遭受雨雪浸蚀，长期处于干湿交替、反复冻融的状态下，当混凝土密实度较差、空隙率较大时，容易产生如图16所示的冻胀裂缝，造成结构表面混凝土酥松、剥落，引起钢筋锈蚀。,图16 反复冻融产生的裂缝,3.3.7沉缩裂缝 混凝土在硬化过程中，因塑性下沉所产生的裂缝称为沉缩裂缝，或塑性收缩裂缝。沉缩裂缝一般在混凝土浇筑后13小时发生，主要出现在结构变截面处、梁板交接处
15、、梁柱交接处及顺钢筋部位，如图17所示。沉缩裂缝形态与收缩裂缝相似，为水平分布，呈两端细中间粗的枣核状。引起混凝土沉缩的主要原因是水灰比及混凝土流动性过大，致使混凝土产生泌水下沉；或水分蒸发过快，使混凝土结硬时下沉加大；或振捣不充分，混凝土未沉实或沉实不均匀。沉缩变形比收缩变形大数十倍。沉缩裂缝一般可通过初凝前的二次抹面收水压实处理克服。,图17 混凝土沉缩及泌水 产生的顺筋裂缝,3.3.8其它 混凝土结构火灾后产生的裂缝如图18，模板变形产生的裂缝如图19，支撑下沉产生的裂缝如图20，浇筑过快或高度过高混凝土下沉产生的裂缝如图21，碱骨料反应产生的梁柱轴向裂缝及墙面网状裂缝如图22，掺合料不
16、均匀产生的局部膨胀收缩裂缝如图23，拌合或运输时间过长产生的网状裂缝如图24，振捣不充分产生的局部裂缝如图25。,图18 火灾引起的裂缝,图19 摸板变形产生的裂缝,图 20 支撑下沉产生的裂缝,图21 快速浇筑及混凝土沉降产生的裂缝,图22 碱骨料反应产生的梁柱 轴向裂缝及墙面网状裂缝,图23 掺合料不均产生的 局部膨胀收缩裂缝,图24 拌合或运输时间 过 长产生的网状裂缝,图25 振捣不充分产生的局部裂缝,3.5 工程实例 3.5.1 北京市对外经委热力站结构裂缝（图26） 该建筑为底层空旷之三层砖混结构，现浇楼盖，设主次梁。该结构裂缝主要出现在主梁端部及临近次梁部位，斜向，缝宽0.50.9mm，贯穿整个梁高。经复算，该裂缝主要是由于大梁受剪承载力严重不足所致。 二层120砖隔墙、加气砼砌块隔墙及楼梯间240砖墙，裂缝也较普遍，缝宽12mm。原因是大梁临近受剪承载力极限状态，过大的裂缝和变形将楼层荷载转移至非承重隔墙所致。,受剪承载力严重不足,L3,L4,图26 北京市对外经委热力站结构裂缝,3.5.2 辽阳化纤总厂热电厂6.3kV母线
