建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中現(xiàn)澆混凝土裂縫控制

黃濤

【摘 要】 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必然會(huì)導(dǎo)致城市對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和各類(lèi)住宅的需求大增，建筑工程中采用現(xiàn)澆混凝土的比重越來(lái)越大，在建筑工程中現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫產(chǎn)生的原因和控制方法問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)探討。望對(duì)今后工作有指導(dǎo)與參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 建筑設(shè)計(jì)；現(xiàn)澆混凝土；裂縫控制；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

混凝土是由水泥、水、細(xì)骨料（如砂子）、粗骨料（如石子）外加劑等原料按一定比例攪拌后入模澆注，并經(jīng)養(yǎng)護(hù)硬化后做成的人工石材。依據(jù)混凝土的研究以及大量工程實(shí)踐所提供的經(jīng)驗(yàn)都說(shuō)明，因?yàn)榛炷潦怯晒橇?、水泥氣體及水分等組成的非勻質(zhì)材料，所以水泥在硬化過(guò)程中，體積產(chǎn)生變形，這種變形是不均勻的，當(dāng)變形大于約束應(yīng)力時(shí)即產(chǎn)生裂縫。

1.2 設(shè)計(jì)概念

與概念設(shè)計(jì)可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)安全的總體結(jié)構(gòu)方案不同，設(shè)計(jì)概念，通過(guò)在施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過(guò)程中認(rèn)真把握對(duì)工程結(jié)構(gòu)計(jì)算需要的力學(xué)理論和材料特性的概念，確定優(yōu)良的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)方法[1]。

1.2.1 結(jié)構(gòu)電算法的設(shè)計(jì)概念

計(jì)算機(jī)在現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)分析中已經(jīng)不可缺少的一部分了，計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)檢查都需要電算，但是應(yīng)用分析和程序選擇還需要專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行重要判斷。具體說(shuō)應(yīng)用分析是指判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的計(jì)算是否正確。程序選擇是指對(duì)程序的原理和運(yùn)用范圍進(jìn)行判斷，比較是否符合工程設(shè)計(jì)要求。

1.2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

結(jié)構(gòu)計(jì)算的方法是通過(guò)建立模型，然后依據(jù)計(jì)算程序簡(jiǎn)化模型，使模型適應(yīng)其實(shí)際的使用環(huán)境。結(jié)構(gòu)的荷載布置和剛度以及連接特性都是模型必須包含的。簡(jiǎn)化模型的最終實(shí)際特性要一致于軟件模擬的模型。

1.2.3 樓面水平強(qiáng)度和整體性

結(jié)構(gòu)計(jì)算的各榀抗側(cè)力結(jié)構(gòu)分配主要包含三個(gè)方面：剛度單向協(xié)同、剛度雙向協(xié)同和受荷面積。結(jié)構(gòu)樓面的總體剛度決定了計(jì)算方法的選擇。同時(shí)，樓面剛度需要依據(jù)樓面配筋和厚度等情況進(jìn)行判斷。

2 現(xiàn)澆混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 荷載裂縫

現(xiàn)澆混凝土板澆注成型后在混凝土未達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)堆放重物或模板支撐體系設(shè)計(jì)不合理、支撐材料選用不合理、模板設(shè)計(jì)時(shí)荷載考取值有誤，在混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，模板支撐體系變形或混凝土拆模過(guò)早致使混凝土抵抗不了變形產(chǎn)生的裂縫。

在工程設(shè)計(jì)施工中，必須把荷載裂縫控制在工程規(guī)范允許的最大限度內(nèi)，可以通過(guò)在設(shè)計(jì)計(jì)算和構(gòu)造上運(yùn)用“抗”原則，來(lái)抵消結(jié)構(gòu)內(nèi)部的多種荷載效應(yīng)，使其既能夠滿足承載力要求，又能夠滿足抗變形和抗裂要求[2]。

2.2 沉縮裂縫

混凝土結(jié)硬前沒(méi)有沉實(shí)或沉實(shí)能力不足而產(chǎn)生沉縮裂縫，現(xiàn)澆注的混凝土由于重力作用較重的固體顆粒下沉，迫使較輕的水分上移，既所謂“泌水”。由于負(fù)彎矩筋板內(nèi)對(duì)固體顆粒的支撐，鋼筋兩側(cè)的混凝土下沉變形相對(duì)于其他變形就較小，形成了沿鋼筋長(zhǎng)度方向的縱向裂縫，裂縫深度一般至鋼筋頂面。

2.3 溫度裂縫

是由于的溫度的影響，如太陽(yáng)照射、氣溫、等產(chǎn)生較大溫差而形成溫度應(yīng)力引起溫度變形，混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，采取措施不當(dāng)，造成裂縫。表面溫度裂縫是因水泥的水化熱而產(chǎn)生的，多發(fā)生在大體積混凝土中。

2.4 施工裂縫

在施工過(guò)程中，常會(huì)引起裂縫。當(dāng)澆注混凝土的模板為吸水性及較干時(shí)，模板吸收混凝土中的水分而膨脹，使初凝的混凝土拉裂?；炷僚浜媳戎写旨?xì)骨料級(jí)配不合理，成型后的混凝土自身結(jié)構(gòu)不合理，抵抗變形的能力弱。另外泵送混凝土中，砂率大，水灰比大，混凝土坍落度過(guò)大，及養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，易產(chǎn)生施工裂縫。

3 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制分析

在處理由于變形而引起的裂縫，在采用“抗”原則基礎(chǔ)上還可以采用“放”原則。“抗”原則主要是通過(guò)在建筑結(jié)構(gòu)中合理的強(qiáng)化配筋來(lái)提高混凝土的整體彈性從而有效緩解混凝土結(jié)構(gòu)的變形。與此同時(shí)，強(qiáng)化配筋還可以提高建筑的抗裂性，如可以在屋面板角部位和橫梁側(cè)面合適的增加鋼筋數(shù)量來(lái)提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗裂性。

4 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制方案創(chuàng)新

控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫普遍采用設(shè)計(jì)和構(gòu)造兩種措施，其對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫大部分表現(xiàn)在構(gòu)造縫布置和配置鋼筋等方面。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要主要考慮建筑結(jié)構(gòu)的尺寸 和體量，并盡力使構(gòu)件不斷續(xù)，以減少溫度對(duì)變形的影響。同時(shí)對(duì)于高度相差太大的建筑要通過(guò)布置沉降縫和鋼筋來(lái)減小裂縫寬度，綜合利用“抗”和“放”的原則來(lái)控制裂縫。

4.1 結(jié)構(gòu)的平面設(shè)置

在建筑結(jié)構(gòu)的平面設(shè)置上，應(yīng)該主動(dòng)避免凹口產(chǎn)生，若出現(xiàn)凹口應(yīng)立即在四周牽引支梁，并且加厚樓板和布置鋼筋以固化平面。另外，應(yīng)該在規(guī)范范圍內(nèi)設(shè)置房屋長(zhǎng)度，若出現(xiàn)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，可通過(guò)布置收縮后澆帶和變形縫來(lái)解決。一般建筑物主樓和群房高度相差很大，此時(shí)可以通過(guò)設(shè)置后澆帶和沉降縫來(lái)縮小建筑結(jié)構(gòu)裂縫[3]。

4.2 混凝土構(gòu)件厚度

在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)該要對(duì)耐久性和鋼筋錨固進(jìn)行著重分析，從而限制現(xiàn)澆構(gòu)件所應(yīng)取得最小厚度。一般來(lái)講，現(xiàn)澆板的厚度應(yīng)該大于L/32，在考慮樓板內(nèi)部管道半徑的作用后民用建筑的相應(yīng)指標(biāo)應(yīng)該大于一百毫米。依據(jù)實(shí)踐可知，收縮裂縫一般在樓板厚度較小時(shí)出現(xiàn)，不同的構(gòu)件應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的最小厚度值。

4.3 混凝土等級(jí)

水泥總量隨著混凝土的強(qiáng)度級(jí)別的升高而增加，水灰比也相應(yīng)的增大，裂縫出現(xiàn)的可能性也越大。由于現(xiàn)澆板的平面一般來(lái)說(shuō)比較大，其所用的混凝土強(qiáng)度級(jí)別最好小于C30。同時(shí)樓板和現(xiàn)澆板的混凝土所選等級(jí)應(yīng)該相同。而當(dāng)板和梁的混凝土級(jí)別小于墻和柱時(shí)，結(jié)構(gòu)核心部位所用混凝土級(jí)別應(yīng)該與墻和柱一致。

4.4 配置鋼筋設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際需要，合理增加構(gòu)件的配筋率可以有效減小裂縫寬度。在相關(guān)工程規(guī)范中，鋼筋間距和配置鋼筋比率在不同構(gòu)建中都得到了明確規(guī)定，主張采用鋼筋間距較小原則。在實(shí)際建筑工程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)工程規(guī)范來(lái)設(shè)置鋼筋間距和配置鋼筋。在建筑結(jié)構(gòu)的樓面板應(yīng)該選用雙向雙層來(lái)配置鋼筋，特別在一些沒(méi)有鋼筋連接的部位要配置鋼筋來(lái)將樓板支起，一般是采用雙向鋼筋網(wǎng)來(lái)配置鋼筋。

4.5 洞口和管線放置

在樓板中埋放管道線路的時(shí)候還應(yīng)該在其上部部放鋼絲網(wǎng)片，同時(shí)管道線路的半徑應(yīng)該小于樓板厚度的1/3，管道邊緣與樓板的距離應(yīng)該大于26毫米，另外要在管線有重疊交叉的地方采取絕緣措施，避免直接疊放。在樓板的洞口要采取相應(yīng)的強(qiáng)化措施，洞口尺寸要小于350毫米，鋼筋不能穿過(guò)洞口，同時(shí)要在洞口周?chē)O(shè)置鋼筋以強(qiáng)化其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外在主梁中間位置的洞口，要分散布放在拉力較弱的地方，同時(shí)也需要在洞口旁邊增加傾斜鋼筋來(lái)箍住洞口。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在現(xiàn)澆混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需要充分考慮次應(yīng)力效應(yīng)和荷載效應(yīng)，合理利用“抗”和“放”原則， 充分考慮建筑物的空間和平面結(jié)構(gòu)因素，這樣才能有效減少結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。另外通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷創(chuàng)新和工程材料的探索，積極采用各種結(jié)構(gòu)方案來(lái)控制裂縫以使其滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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[3] 羅國(guó)強(qiáng).略論混凝土與砌體結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)[J].中國(guó)建材，2011（3）