[分享]不同材料及结构形式的屋面裂縫分析及防治

来源：钢结构技术资讯 

    随着城市建设的发展,建筑功能和造型的需要,公共建筑物的屋面,除单一的结构形式外,还建造了一些部分为钢筋混凝土结构,部分为网架或轻钢结构等组合屋面的建筑物。这些由不同材料、不同结构形式组成的屋面,由于结构及材料的线膨胀系数不同,当温度变化时,其变形不同于由单一材料组成的屋而;钢筋混凝土结构与网架或轻钢结构的变形不一致,将对屋面及主体结构造成损害。由温度引起的钢筋混凝土结构屋面的变形和应力,可按网架、轻钢结构对钢筋混凝土结构屋面的约束,根据边界条件,按弹性力学和有限元方法计算。对于混凝土拉应变较大区域,应增加配筋,并采取有效的保温隔热措施,减小温差效应对钢筋混凝土结构屋面及主体结构的不利影响,结合某健身中心由温差引起的结构裂缝,说明对具有不同材料、不同结构形式构成的不规则屋面的建筑物,应充分估计温度变化对屋面及主体结构可能造成的损害,并采取防治措施。

   本健身中心为二层钢筋混凝土框架结构，人工挖孔桩基础。该建筑物部分屋面为现浇钢筋混凝土结构,其隔热层为25mm厚挤塑聚乙烯泡沫板;部分屋面阳光板结构,锥形网架顶高为11.9m;部分屋面为拱形网架一阳光板结构9.75m,B、H轴框架梁为拱形网架支座;建筑物西南角的一个房间在二层无楼板.东侧两个开间为壁球室,在二层无楼板。一、二层层高分别为3.6、3.3m,主框架跨度为4.8~12.6m,该建筑物长42.2m,宽19.3m,建筑面积近1300m2。竣工后现浇板(尤其是屋面)、梁、填充墙多处开裂,屋面局部漏水,导致健身中心不能正常使用。

根据现场查勘,该楼的梁、板、柱基本满足结构承载力要求,沉降稳定。该楼开裂的主要原因是温度效应及结构自身缺陷所致,现按裂缝所在位置分析如下：

(1).屋面、楼面裂缝

   该楼现浇屋面板的贯通裂缝见(图1-3)。该建筑物的楼、屋面材料及形式分别为:(1)两层钢筋混凝土楼(屋)面;(2)仅一层钢筋混凝土屋面;(3)一层钢筋混凝土楼面+锥形网架一光板屋面;(4)仅拱形网架阳光板屋面。由于同一种材料的楼面及屋面,部分不连续导致该楼抵御变形的能力降低;尤其是屋面一部分为现浇钢筋混凝土结构,一部分为网架光板结构,导致屋面结构相互约束及变形不一致,当温度变化时,由于两种屋面的自身温差及相互间温差情况的差异,使屋面温度效应明显,膨胀或收缩的不均匀导致屋面及整结构受扭,当屋面在夏日暴晒后突遇降兩以及昼夜温差引起的混凝土主拉应力大于其抗拉强度时,屋面便出现裂缝

     屋面平行于横向框架梁方向的板上多处贯通裂缝、贯通斜裂缝、挑出檐口板垂直于框架边梁的裂缝、挑出檐口板阴角处与框架边梁呈45°的裂缝(图1-3)。这主要是由于:1)隔热层隔热效果欠佳;(2)板对温度变化远比梁敏感,板的收缩远大于屋面连续梁、框架梁,梁、柱对板的约束,使板受拉;(3)部分斜裂缝是由于屋面现浇板在纵横方向胀的约束合力作用所引起;4)②、③、④轴板面负弯矩钢筋长度过短,从边仅伸出400mm或500mm,且板的纵、横向配筋率偏低,不能有效限制裂缝的出现和发展;(5)②轴与①轴相交处附近区域,屋面开洞设阳光板,且①~②轴和①~①轴所围区域在二层无光板屋面相交处,当屋面收缩时,由于两者收缩的差异,网架一阳光板屋面限制钢筋混凝土屋面的收缩,导致屋面在该区域产生不均匀变形及翅曲,并出现裂缝;(7)⑤轴与国轴相交处区域,由于钢筋混凝土屋面沿横向不连续,由收缩引起的应力集中,使屋面板出现与⑤轴框架梁呈45贯通裂缝。该楼现浇二层楼面板的贯通裂缝见图4,1-2。⑤~③轴与D轴所围的乒乓球室(1)为井式梁板结构,其屋面为锥形网架一阳光板结构。投入使

用前,乒乓球室窗户密闭,夏天日照引起的高温难以散发,使该区域的二层楼板所受的温度效应相当于屋面。局部区域内的持续的高温,导致乒乓球室(1)附近的二层楼板出现与纵向连续梁重直的贯通裂缝及其他不规则贯通裂缝。由于乒乓球室(1)为井式粱板结构其板的收缩(梁对板的约束)小于主次梁结构形式的单向板,故乒乓球室(1)区域内的梁板未出现肉眼可见裂缝.

屋面几乎所有框架梁、连续梁出现根数及间距不等、沿梁高至板底几乎通长的垂直裂④轴边框架梁外,其余垂直裂缝特征是位于屋面中部的梁裂缝多于四周;(2)二层①轴上的③一③轴间框架梁上支承拱形网架的钢筋混凝土墩与框架粲相交处的水平裂缝;屋面⑤轴上的①~①轴间、③轴上的①一⑤轴间、@轴上的⑤一③轴间支承锥形网架的框架梁也有类似现象;(3)屋面②轴上~①轴间框架梁、二层⑩轴上⑤~⑧轴间框架梁端附近的斜裂缝;(4)⑩轴与①轴相交处柱柱头在框架梁底的水平裂缝;该框架梁在柱边1.2m左右范围内沿梁底筋处出现的与底筋约呈45°的平行短斜裂缝。除隔热层隔热效果欠佳外,引起以上裂缝的原因还有:(1)当屋面温度变化时,柱、框架梁对连续梁的约束,柱对框架梁的约束;(2)两种不同材料、不同形式的屋面,膨胀及收缩不一致,屋面被约束的情况不一,导致屋面受扭;(3)网架对钢筋混凝土屋面的水平约束及对梁上混凝土墩的水平的斜裂缝;(4)⑩轴与①轴相交处柱柱头在框架梁底的水平裂缝;该框架粱在柱边1.2左右范围内沿梁底筋处出现的与底筋约呈45的平行短斜裂缝,除隔热层隔热效果欠佳外引起以上裂缝的原因还有:(1)当屋面温度变化时,柱、框架梁对连续梁的约束,柱对框架梁的约束;(2)两种不同材料、不同形式的屋面,膨胀及收缩不一致,屋面被约束的情况不一,导致屋面受扭;(3)网架对钢筋混凝土屋面的水平约束及对梁上混凝土墩的水平力;(4)混凝土的早期收缩等

屋面由于温差及约束引起的墙体裂缝有:(1)屋面边框架梁以及其他部位的框架梁与物其他部位留回墙裂小于此,可见本建筑物由温差引起的网架对窗间墙的水平作用大于钢筋混凝土屋面对窗间墙的作用.

底层墙体除具有部分上述裂缝外,尚有窗下墙的垂直及斜裂缝。引起这些裂缝的主要原因有:(1)部分填充墙未按要求设置构造柱、拉梁;(2)柱边设置的门窗对墙体的削弱;(3)个别框架梁截面高度偏小,填充墙对梁变形的约束,当约東应力超过砌块与砂浆的粘结强度时,填充墙沿灰缝开裂;(4)支承一层墙体的基础粱高度偏小,其高跨比为1/24~1/15.6,基础梁挠度过大,导致填充墙开裂;(5)在②、③、⑤、⑩轴,支承墙体的基础仅为200m厚的倒梯形素混凝土,由于墙基的开裂、沉降,导致墙体开裂。

一层8~10轴与C-F轴范围内的两间壁球室,其上只有拱形网架一阳光板屋面,虽然该壁球室在二层无楼板,只有两层墙体,但⑨轴与⊙轴相交处不设柱,⑨轴上不设框架梁,②轴及@轴上近7m高的墙体,仅由200m厚的倒梯形素混凝土基础承受;壁球室四周密封,夏天日照引起的高温无法散发。结构缺陷及室内持续高温,导致壁球室墙体裂缝严重，并使其温差效应对结构影响加剧。

用环氧树脂浆液修补屋面板裂缝;对于贯通裂缝,在板面及板底贴三层碳纤维布;并在钢筋混凝土屋面,设轻钢架空隔热层;对于锥形(拱形网架一阳光板屋面,在其下墙体上设通风窗或排气扇。

用环氧树脂浆液修补连续梁、框架梁裂缝;对梁上裂缝有可能影响结构安全的个别连续梁、框架粲,采用粘贴钢板的方法加固,并在框架梁梁端加小牛腿与柱可靠连扌对墙体裂缝采用钢丝网一水泥砂浆的方法修补,钢丝网至少有一边钉在梁或柱上。

1)对由不同材料、不同结构形式构成的不规则屋面的建筑物,应充分估计温度变化对屋面及主体结构造成损害。可按常规方法计算温度变化对屋面及结构的作用,对钢筋混凝土结构屋面,混凝土拉应变较大区域,应增加配筋,并采取有效的保温和隔热措施;在支承网架的钢筋混凝土屋面梁上设滑动支座,开通风窗、设排气扇,确保网架构成的空间。

(2)应避免在温度应力较大区域开设门窗,若必须开设时,应在门窗洞口边设构造柱和拉梁。

(3)应重视基础梁、非承重墙基础变形对建筑物使用及结构的不利影响。