民用建筑地基差异性沉降裂缝的形成与控制

【摘 要】建筑物裂缝是一个带有普遍性的技术问题，虽然结构设计是建立在强度的极限承载力基础上，但大部分工程的使用却是由裂缝控制的。结构的破坏和倒塌也是从裂缝扩展开始的，所以人们对裂缝往往产生一种破坏前的恐惧感。但是，建筑物的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们已经可以接受的材料特征，科学的要求应该对其有害程度控制在允许范围值内。本文论述了民用建筑地基差异性沉降裂缝的形成与控制问题。

【关键词】民用建筑地基；差异性；沉降；裂缝；形成

一、建筑物裂缝的基本原理

建筑物裂缝是一个带有普遍性的技术问题，虽然结构设计是建立在强度的极限承载力基础上，但大部分工程的使用却是由裂缝控制的。结构的破坏和倒塌也是从裂缝扩展开始的，如强烈地震后建筑物上布满了各种裂缝，有的地基座落在软弱土上，地基沉陷后形成的各种各样的裂缝等等。所以人们对裂缝往往产生一种破坏前的恐惧感。的确，从现在固体强度理论的发展可以看出，裂缝的扩展是结构破坏的初始阶段，相对某些裂缝，其承载力也可能受到一定威胁。同时建筑物裂缝可以引起渗漏，引起强度的降低。所以，习惯上甚至某些验收规范上和某些工程都是不允许出现裂缝的。但是，近代科学对于混凝土强度的研究以及大量工程实践所提供的经验都说明，建筑物的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们已经可以接受的材料特征，如对抗裂要求过严，必将付出巨大的经济代价；科学的要求应该对其有害程度控制在允许范围值内。这些关于裂缝的预测预防和处理工作，统称为“建筑物的裂缝及处理”，这方面的科学研究工作具有重要的现实和技术经济意义。从国内外有关规范及一些重大工程的实际设计可看出，对待建筑结构的裂缝问题，一般存在着两种观点：（1）设计规范定得很灵活，没有验算裂缝的明确规定，由设计人员自由处理，对伸缩缝的设置，没有严格规定，有很多工程不留伸缩缝，基本上采取“裂了就堵，有防水要求的工程堵不住就排”的处理方法。对于有关的裂缝计算则只作参考而不作规定（包括由载荷引起的裂缝）。（2）设计规范有明确的规定，对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制。对于变形引起的裂缝没有计算规定，只要按规范隔一定距离留一条伸缩缝，就认为问题不存在了，即留缝就不裂的设计原则。我国主要采取第二种设计原则。大量工程实践证明，留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，是否开裂与许多因素有关。我们认为：控制处理裂缝应该防患于未然，尽量预防有害裂缝，防不住再堵，堵不住再排（有防排水的要求），但重点在防。实践证明，只要设计与施工紧密配合，这是完全可以做到的。有许多工程，凡采用了控制措施的，都取得了良好的效果，现仅以民用建筑的裂缝的形成与控制进行论述。

二、民用建筑物的裂缝

（1）民用建筑物的裂缝概况。民用建筑物包括的范围很广，如砖石与钢筋混凝土的混合结构，各种砌块建筑，混凝土大板结构，高层建筑等。其裂缝种类很多，如斜裂缝，竖向裂缝，水平裂缝等。现仅以地基沉降引起的墙体裂缝进行研讨，对本地具有实用性。（2）地基差异沉降引起的墙体剪力裂缝。差异沉降使结构物产生附加内力。一般说来，不均匀沉降的砖石房屋的墙体，在分析其变形及压力时属于平面应力问题。地基上建筑物的墙体因受自重、附加荷重及地基反压力的作用产生内力和变形。如果已知基础底边的变形，反压力分布，则墙体内力是可解的。由于建筑物的形状，大小和刚度不同，地基土质性质的差异，使地基具有不同的反压力分布规律和变形曲线形状。若建筑物的刚度愈小，则柔性愈大，地基反压力的分布越接近于附加荷载的分布，此时不均匀沉降较大，而结构内力较小；若刚度愈大，则柔性愈小，地基反压力的分布愈不同于附加荷载的分布，此时不均匀沉降较小，而结构内力较大。（3）地基差异沉降引起的整体弯曲裂缝。地基的不均匀沉降还可引起整体弯曲破坏，如果建筑物的整体性很强，砌筑质量较好，且有若干圈梁，这种由楼板圈梁，砌体组成的整体式结构在非均匀沉降作用下，可产生整体弯曲应力破坏。对于整体弯曲破坏的结构采用材料力学中梁的弯曲理论，则更能接近实际。一般最常见的是单侧偏沉的情况，如同一悬梁的弯曲变形，其变形与外力的关系如下：

■=ξα——长度

M■=-■，m（x）=-■（3-ξ）

Qmax=-■，Q（x）=-■（2-ξ）

转角α（x）=■（3-4ξ■+ξ■）

αmax=-■

挠度：s（x）=■（11-15ξ+5ξ■-ξ■）

smax=■

分布力q■=■

最大弯矩M■=■

最大的应力位于建筑物的上边缘：δ■=■=■·■，2h——建筑物墙高。

为了控制砌体开裂可采取配置钢筋或增设钢筋混凝土圈梁的措施。

（4）地基处理的“抗”与“放”问题。地基、基础、建筑物构成一个整体，共同工作。因内力和变形状态与土的性质，建筑物与地基的钢度，基础与建筑物的尺寸形状，材料的弹、塑性和徐变等有关，十分复杂，不能精确计算，不同设计方法差别也很大。一种设计原则是把结构设计得刚度很小，但柔性却相当大，称为以“放”为主。另一种设计原则是把结构设计得刚度很大很长而不设置沉降缝。这样，不均匀沉降很小，地基反压力分布与荷载分布差别很大（在端部集中），沉降小而结构内压力很大，必须使材料具有相当高的强度，称以“抗”为主。在混合结构中提高整体性，砖石结构中至少在顶部或中部设置几道圈梁，但地梁设置却相当重要，这些对抵抗不均匀沉降非常有利。考虑到地基与基础以及上部结构的共同作用，软土地基填土地基等容易引起结构的倾斜和开裂，在地基处理中依旧是桩基最可靠，但代价较高；其次是土体加固，但必须根据工程特点，只在一定条件下适用。作为与地基处理相适应的基础形式，箱形基础的空间刚度大，有较高的“抗”不均匀沉降能力，比板式基础抗挠度和刚度高很多，有条件时应尽量加以利用。特别在软土条件下，一些重要建筑，上部整体框架与箱基共同工作，可减少不均匀沉降引起开裂的危害。

对于东乌旗东部几个苏木的地基特点，属于冻融循环系数较大的软土地基，地基土层下没有中粗砂层，全都是面土砂。特别适用换土层填砂和简易型的钢管桩基。换土填砂造价高，采用钢管桩基比较经济适用。但也可采用设置地梁和上圈梁，砌体转角处均设置拉结筋也是可行的，但砌体采用水泥砂浆比较好，可增加整体刚度。

参 考 文 献

[1]周景星等.基础工程[M].北京：清华大学出版社，1996

[2]柴丽萍.住宅楼裂缝原因分析及加固处理[J].山西建筑.2004（23）