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砌體結構產生溫度裂縫的主要原因是屋面長時間受陽光輻射，其溫度較墻體要高，且鋼筋混凝土屋面的線膨脹系數(shù)為10×10-6，墻體如磚砌體的線膨脹系數(shù)為5×10-6，因此屋面溫度膨脹變形遠大于墻體。屋面變形受到場體的約束，屋面板對墻體頂端會產生一定的水平推力，使墻體與屋蓋的接觸面受剪，剪力與屋蓋挑檐或女兒墻的垂直壓力構成了墻體雙向應力，當主拉應力大于墻體的抗拉強度時，墻體便開裂。沿墻體分布的剪力大致為兩端大，中部為零，所以常在端部開間的窗上口，內橫墻與外縱墻交接處及某些內縱墻出現(xiàn)“八”字形斜裂縫。由于屋面板膨脹，山墻給檐口圈梁以較大的推力，再加上檐口梁內外溫差產生外拱或內凹變形使圈梁底面與墻體產生水平裂縫。屋面板的溫度變形，也使外縱墻上應力集中處的門窗洞口上角產生水平裂縫。
由于規(guī)范沒有明確規(guī)定溫度應力的計算方法，許多設計僅作了有限元分析。文獻給出了墻體端部最大剪應力近似計算公式。
凝土的彈性模量，αT=α2T2-α1T1，其中α1為墻體的線膨脹系數(shù)，T1為墻體的溫差，α2為頂板線膨脹系數(shù)，T2為頂板的溫差，L為長度。這種簡化算法方便易行，但難以反應溫度應力在砌體內的實際分布。對于溫度應力較為精確的計算方法有有限差分法，有限元法等，其中最為有效的是有限元法。有限元法通過將整體結構劃分有限個單元進行分析，從而大大減少了在局部分析時由于簡化假設引起的誤差，隨著有限元分析軟件的迅速發(fā)展，利用有限元法計算結構整體溫度應力能夠較為簡便的得到實現(xiàn)。
某工程為5層3單元磚砌體住宅樓，橫向尺寸為12 m，縱向尺寸為45 m，層高2.9 m，總高14.5 m。該工程竣工入住兩年后，頂層外縱墻端部出現(xiàn)斜裂縫，窗口處裂縫寬度較大向兩邊逐漸減少，最大裂縫寬度達到3.5 mm，該裂縫通過窗口的兩對角并沿墻體裂通。頂層部分房間的內縱墻上部也有正八字形的斜裂縫。四層墻體端部稍有開裂，裂縫寬度在1 mm以內，三層以下墻體未見開裂。經(jīng)檢測，砌體強度符合規(guī)范要求，結構基礎也沒有相對沉降的跡象，結合以上觀測的裂縫特點，認為該裂縫為溫度裂縫。
為了較精確的了解該工程的溫度應力情況，本研究利用大型有限元通用軟件ANSYS對該工程進行了有限元分析。有限元計算模型見圖。模型的墻體、屋面板和樓板采用殼單元SHELL63，每個有限元單元有4個節(jié)點，有6個自由度，圈梁、構造柱采用梁單元BEAM188，每個有限元單元有2個節(jié)點，有6個自由度。板與梁、柱之間通過線面耦合，共用節(jié)點。整個模型共8655個單元，其中SHELL63單元5274個、BEAM188單元3381個。本模型考慮了門窗洞口的削弱作用，忽略陽臺的影響，模型底部簡化為固結。溫差根據(jù)實測數(shù)據(jù)并結合參考文獻按組合溫差計算，組合溫差=日溫差+0.85×年溫差。溫差荷載作為體荷載施加于有限元模型上。
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