建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫成因及控制措施探析

文飛

（太原供水設(shè)計研究院有限公司，山西太原 030009）

隨著我國建筑業(yè)的加速發(fā)展，人們更多地關(guān)注建筑物質(zhì)量，混凝土作為建設(shè)項目施工期間必需的材料之一，已廣泛用于建筑領(lǐng)域，但部分部門缺乏對混凝土的深入研究，導(dǎo)致項目施工和調(diào)試過程中混凝土經(jīng)常發(fā)生凝結(jié)和裂縫。經(jīng)研究實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與材料本身的屬性和結(jié)構(gòu)機(jī)理有關(guān)，因此，為了滿足建筑物的使用和結(jié)構(gòu)要求，加強(qiáng)對混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 裂縫的類型

混凝土裂縫可分為塑性沉降裂縫，塑性收縮裂縫和熱應(yīng)力裂縫。塑性沉降裂縫是“中間寬而兩側(cè)窄”，它們中大多數(shù)都出現(xiàn)在建筑物的可變橫截面位置，梁與平板的交點(diǎn)以及梁與柱的交點(diǎn)處。通常，裂紋深度可以達(dá)到鋼筋的表面。通過合理控制水灰比、砂比和坍落度可以減少或防止這種裂縫發(fā)生，對于某些橫截面較大的組件，須從相對較深的位置澆注，然后靜置1～1.5h，以控制保護(hù)層的厚度。塑性收縮裂紋大多數(shù)是由于施工不當(dāng)引起的，以多邊形方式存在，裂縫之間最小距離是幾厘米，最大距離是十多厘米，初期表現(xiàn)的是一種裂縫紋路，隨著裂縫的逐漸增加，不斷成為一種持久性裂紋，可以通過調(diào)整混凝土比例和水泥用量等對其進(jìn)行控制，確保施工質(zhì)量符合要求。熱應(yīng)力裂紋主要是由溫度影響，如果溫差拉應(yīng)力大于混凝土本身拉應(yīng)力的強(qiáng)度，就會出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂紋，對于這種裂縫，從表面上看并不明顯，但對建筑物的功能有很大影響。

2 裂縫對建筑的影響

結(jié)構(gòu)性裂紋的出現(xiàn)對建筑物使用和耐久性具有重大影響，如果缺乏科學(xué)合理的處理方法，則裂紋會隨著時間的推移而加劇。裂縫對建筑的影響主要是結(jié)構(gòu)外壁以及底部和頂部平板的裂縫，導(dǎo)致建筑物中出現(xiàn)滲水和漏水，這種內(nèi)部積水會加速墻壁損壞，對建筑物正常使用和維護(hù)有很大影響。對耐久性的影響是，如果混凝土應(yīng)用期間出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂紋，特別是在與水和土壤直接接觸的表面上出現(xiàn)裂縫，混凝土中鋼筋將被腐蝕，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力降低，鋼筋橫截面減小，這將降低鋼筋混凝土本身使用壽命[1]。結(jié)構(gòu)性裂縫會隨著時間而發(fā)展，尤其對于滲透和深層裂縫，將對結(jié)構(gòu)的整體剛度以及抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生重大影響，且由于出現(xiàn)裂紋，整個結(jié)構(gòu)經(jīng)常會產(chǎn)生應(yīng)力重新分布，原始設(shè)計結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使結(jié)構(gòu)力及安全性下降。

3 裂縫成因分析

3.1 干縮裂縫

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)的裂縫主要是干縮裂縫。混凝土在使用粘土燒結(jié)磚模式時，混凝土的材料收縮和變形量相對較小，需要極短時間就可以確?；炷脸尚?。但是當(dāng)使用粉煤灰磚進(jìn)行建造時，由于后期水分含量會越來越少，因此就會導(dǎo)致材料出現(xiàn)更大的收縮?；炷翝仓陂g應(yīng)注意做好混凝土的維護(hù)，如果維護(hù)不到位很容易出現(xiàn)表面濕氣耗散過快的情況，從而導(dǎo)致塑性收縮裂縫出現(xiàn)。

3.2 溫度裂縫

溫度也會影響混凝土材料，隨著溫度的變化，混凝土材料可能會在熱力作用下出現(xiàn)熱膨脹變形，甚至?xí)?dǎo)致房屋頂部出現(xiàn)溫度裂縫。另外，在溫度影響下建筑物門窗附近的混凝土容易出現(xiàn)正交的傾斜裂縫，井眼邊緣區(qū)域很容易產(chǎn)生灰燼裂縫，且拐角處極易出現(xiàn)水平裂縫。當(dāng)屋頂溫度超過墻壁溫度時，就會出現(xiàn)混凝土裂縫，導(dǎo)致墻體和屋頂溫度變形之間存在較大差異，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的裂縫。

3.3 不均勻沉降

混凝土結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)不均勻沉降，就會出現(xiàn)裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與施工技術(shù)息息相關(guān)，因此，在施工期間應(yīng)該注意對混凝土裂縫發(fā)生原因的分析，最好在施工步驟中細(xì)化混凝土的建造，并采取合理的預(yù)防措施，對出現(xiàn)的混凝土裂縫進(jìn)行及時補(bǔ)救。當(dāng)工程建筑完工后，也可能會受到例如地下水的影響，混凝土結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定程度的沉降，如果沉降不均勻就會導(dǎo)致裂縫，故在初步勘測和設(shè)計階段，應(yīng)加強(qiáng)地基的不均勻沉降控制，做好上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以提高設(shè)計方案質(zhì)量[2]。

4 建筑結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

4.1 混凝土材料的管控

建筑工程施工期間，首先應(yīng)加強(qiáng)對混凝土建筑材料質(zhì)量的合理控制，以便可以保證混凝土施工質(zhì)量達(dá)到要求，避免混凝土澆筑中發(fā)生相應(yīng)質(zhì)量問題，因為混凝土建筑材料本身比較復(fù)雜，所以有必要在原材料質(zhì)量控制中加強(qiáng)對原材料的合理審查，確保混凝土結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到理想條件，有效防止混凝土施工質(zhì)量問題的出現(xiàn)。其次，應(yīng)該根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇不同產(chǎn)品，水合熱量低的礦渣水泥優(yōu)先選用于混合混凝土，加強(qiáng)對混凝土級配的控制，使原始材料參與混凝土施工。除了石頭和水泥組成之外，有時還會滲入石粉和粉煤灰等，以增加混凝土的可使用性。最后應(yīng)對配置好的混凝土進(jìn)行機(jī)械實(shí)驗，在控制混凝土建筑材料過程中，不同的建筑材料對添加劑比例有非常嚴(yán)格的要求，因此，應(yīng)保證混凝土施工建筑材料的質(zhì)量可以達(dá)到預(yù)期效果，滿足建設(shè)工程混凝土施工的基本要求。

4.2 結(jié)構(gòu)的平面布置

與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，在進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)平面布置期間應(yīng)確保布置符合要求，以免實(shí)際布局突然發(fā)生變化，如果結(jié)構(gòu)平面上有凹凸，則須將其與項目實(shí)際施工狀況進(jìn)行比較，在區(qū)域邊緣設(shè)置拉力梁以及周圍樓板以進(jìn)一步固定。另外，應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定控制和管理結(jié)構(gòu)的長度，如果結(jié)構(gòu)長度符合相關(guān)要求，則必須在地下進(jìn)行后澆帶、膨脹帶和加固帶的合理設(shè)置，防止平面布局形狀的突然變化，如果結(jié)構(gòu)平面出現(xiàn)缺口，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在缺口邊緣設(shè)置拉力。在加工缺口過程中，建設(shè)工程的結(jié)構(gòu)也應(yīng)按照相應(yīng)規(guī)章制度和工程建設(shè)要求進(jìn)行調(diào)整，澆筑后澆帶主要設(shè)置距離在梁和地板之間跨度的1/3 處，后澆帶寬度應(yīng)控制在800～1000mm 范圍內(nèi)，如有必要可使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

4.3 配筋設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)裂縫控制必須注意對大跨度梁和平板的控制，屋頂板的加固最好采用雙層雙向通長配筋加固，這樣可以科學(xué)合理地減少部件裂紋，加固設(shè)計和間距結(jié)構(gòu)設(shè)置應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行，這樣可以合理控制結(jié)構(gòu)裂縫。在自然條件下，混凝土復(fù)合材料主要包括水泥，水，沙子和礫石等物質(zhì)，隨著物理和化學(xué)作用不斷影響，它們的成分逐漸硬化，從而形成多孔復(fù)合材料，由于初始溫度是其自身的收縮應(yīng)力，因此內(nèi)部外觀上有許多微裂紋[3]。與混凝土相比，鋼筋加固后的混凝土不會產(chǎn)生裂紋，可以在短時間內(nèi)控制裂縫寬度，所以，鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的作用非常大，合理地對鋼筋進(jìn)行應(yīng)用，可以有效限制裂紋的擴(kuò)展。

4.4 對混凝土的澆筑施工技術(shù)進(jìn)行控制

對混凝土的澆筑施工控制就是在建造混凝土?xí)r，必須先振動較弱的區(qū)域，分層澆注厚度不能太大，應(yīng)將其控制在小于50cm，因為厚度較小，內(nèi)部溫度可以及時冷卻，所以在一定程度上，應(yīng)確保每一層溫度都可以保持均勻特性。另外，在項目建設(shè)中從兩側(cè)到中間進(jìn)行施工，可以使混凝土密度在一定程度上得到合理控制，從而實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑工程的合理管理，但是，在倒入之前有必要對混凝土表面溫度進(jìn)行合理檢測，以防止發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，在土壤表面溫度升高的影響下，混凝土?xí)霈F(xiàn)開裂。因此，在實(shí)際澆注時，需要對標(biāo)準(zhǔn)高度和尺寸做出設(shè)計，以確保滿足施工要求，并按照建設(shè)工程要求，加強(qiáng)對建設(shè)項目施工中雜物的及時清理工作[4]。

4.5 溫度裂縫的預(yù)防控制措施

在水泥實(shí)際水化過程中，由于大量熱量的損失，內(nèi)部零件凝結(jié)熱量也將增加，并且該熱量在混凝土結(jié)構(gòu)中起主要作用。水泥的實(shí)際使用可以用于土木工程施工，以防止混凝土內(nèi)部溫度升高。在特殊情況下，其他相關(guān)材料可以用普通水泥代替，這可以證明水泥的應(yīng)用能夠防止土壤內(nèi)部溫度凝結(jié)。另外，即使將水泥混入混凝土中，也需要進(jìn)行攪拌，以產(chǎn)生混合效果[5]。在實(shí)際土建工程混凝土注漿中，應(yīng)該通過創(chuàng)造合理的條件，減少高溫環(huán)境下的運(yùn)行時間。在大面積混凝土澆筑中，如果不結(jié)合溫度條件，就應(yīng)該采取一種科學(xué)合理的方法進(jìn)行冷卻，以確?；炷猎跐仓陂g可以將溫度控制在相應(yīng)范圍內(nèi)。溫度裂縫的預(yù)防應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行施工，這樣可以防止混凝土外觀出現(xiàn)結(jié)構(gòu)膨脹和收縮。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑業(yè)是中國主要經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，盡管在施工過程中出現(xiàn)許多裂縫現(xiàn)象，但仍需要確保混凝土工程施工可以滿足相應(yīng)要求，結(jié)合實(shí)際情況采取科學(xué)合理的措施，將開裂現(xiàn)象及時有效地進(jìn)行處理。同時，建筑施工在設(shè)計中，應(yīng)該不斷提高設(shè)計的科學(xué)性和合理性，并通過檢查一些標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)以取得較好效果，另外，應(yīng)加強(qiáng)施工期間的管理工作，提高施工質(zhì)量，有關(guān)施工單位應(yīng)根據(jù)不同類型的裂縫采取相應(yīng)預(yù)防措施，最大限度減少潛在安全隱患，保護(hù)人們的人身安全。