建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫問題分析

張華鋒

摘要：混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫是混凝土工程建設(shè)中經(jīng)常會遇到的問題，這種現(xiàn)象的發(fā)生不但使得建筑物抗?jié)B能力急劇下降，同時也嚴(yán)重影響建筑物后期的正常使用，并且會導(dǎo)致鋼筋銹蝕和混凝土碳化等現(xiàn)象的發(fā)生， 使得材料耐久性急劇下降，對建筑物承載能力造成嚴(yán)重影響。文章將重點介紹建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫問題分析，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計，裂縫問題

中圖分類號： TU198文獻標(biāo)識碼： A

前言

裂縫的出現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)整體使用性能有著極其嚴(yán)重的影響。所以，從業(yè)人員必須施工前要充分考慮所有引起混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫方方面面， 從實踐過程中找出問題，并致力于尋求問題的解決方式，預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。對施工后，出現(xiàn)的裂縫問題，采取各種有效補救措施，確?；炷恋慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全。

1.建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中裂縫的主要成因

1.1 塑性變形引起的裂縫

由塑性變形造成的混凝土裂縫一般出現(xiàn)在硬化前，這是因為混凝土在硬化前一直處于塑性狀態(tài)，而上部建筑的均勻沉降會受到一定限制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。在混凝土結(jié)構(gòu)建筑物中，如果混凝土的表面積增大或者鋼筋直徑過大、骨料粒徑過大，都會使得混凝土水平方向的收縮比垂直方向的收縮困難，進而造成混凝土不規(guī)則裂縫，此類裂縫相互之間的間距在 0.3~1.0mm 范圍內(nèi)，表現(xiàn)形式為相互平行，并且裂縫本身都會存在一定深度。

1.2 結(jié)構(gòu)裂縫

隨著現(xiàn)代建筑工程施工工藝及水平的提升，現(xiàn)澆樓板已逐漸取代預(yù)制多孔板，現(xiàn)澆樓板的樓面優(yōu)點在于其承載能力一般都能滿足設(shè)計強度的要求而且整體性較好。 但若用現(xiàn)澆樓板代替預(yù)制多孔板時，會增大樓板的剛度，造成原有墻體的相對剛度的降低，從而有可能導(dǎo)致在墻體剛度較薄弱的部位或者一些墻體的截面突變部位產(chǎn)生裂縫。例如墻角是應(yīng)力較為集中的位置，就比較容易出現(xiàn)裂縫。

1.3 應(yīng)力裂縫

此類裂縫的形成主要是由混凝土結(jié)構(gòu)的徐變收縮造成的，其中結(jié)構(gòu)的自身收縮、塑性收縮、碳化收縮以及干燥收縮是比較常見的幾種裂縫形式。在建筑物的混凝土澆筑完成后，在其收縮硬化的過程中，會因其內(nèi)部水分的持續(xù)蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土自身的體積不斷減小，進而產(chǎn)生收縮，在混凝土的收縮過程中由于支座對其的約束力，限制了其自由伸展。隨著約束力的逐漸加大，勢必會造成現(xiàn)澆混凝土板產(chǎn)生裂縫，裂縫的位置一般位于應(yīng)力比較集中的部位。 另外，如果在混凝土強度還未達(dá)到一定值時就提前拆?；蛘呋炷辽形赐耆探Y(jié)時就在其上施加荷載，均會造成混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

1.4 溫度應(yīng)力造成的裂縫

此類裂縫的形成主要是由于混凝土澆筑完成后，難以將聚積于混凝土內(nèi)部的水泥水化熱散發(fā)出去，混凝土內(nèi)部溫度相對較高，而混凝土外表由于與外界接觸，其表面溫度會因外界環(huán)境的影響熱量散發(fā)較快，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部分的溫差較大，造成混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，而內(nèi)部則出現(xiàn)壓應(yīng)力。 而混凝土由于剛完成澆筑不久，齡期較短，其抗拉強度不足， 從而造成表面拉應(yīng)力大于混凝土自身極限抗拉強度，在混凝土表面出現(xiàn)溫度裂縫。

工程實例

2.1超長地下室200米寬，層高3.3米，2層地下室。地下室側(cè)壁350厚，C35混凝土，加了微膨脹混凝土添加劑。施工完后發(fā)現(xiàn)有豎直裂縫，有規(guī)律，每隔3米一條，都較長,有些達(dá)到2米，只有室內(nèi)有，室外無。經(jīng)復(fù)核，原側(cè)壁鋼筋可以滿足受力要求，經(jīng)調(diào)查，原因是施工結(jié)束后養(yǎng)護不到位，地下室外側(cè)壁有按要求淋水養(yǎng)護，但地下室內(nèi)側(cè)由于養(yǎng)護困難（豎直支撐沒拆），故缺少養(yǎng)護，后期嚴(yán)格要求養(yǎng)護后，裂縫不再出現(xiàn)。如圖1

圖1

2.2單層框架結(jié)構(gòu)廠房，8米跨，6米寬的窗，預(yù)制樁基礎(chǔ)，地坪下有淤泥層，進行過換填2米。施工完成后，在窗底角出現(xiàn)斜裂縫，窗角上沒有。經(jīng)分析，原因是地坪做的200厚混凝土板壓到基礎(chǔ)梁，地坪沉降大于基礎(chǔ)，導(dǎo)致基礎(chǔ)梁荷載超過之前設(shè)計值，故采取措施，在基礎(chǔ)梁邊切開地坪，填補裂縫后，不再出現(xiàn)裂縫。如圖2

圖2

3.建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫控制措施

3.1 合理設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸及選材

由于建筑材料變形的差異及自身的溫差都會造成混凝土結(jié)構(gòu)的開裂，特別在結(jié)構(gòu)尺寸較大時，結(jié)構(gòu)因材料變形及溫差所造成的應(yīng)力就會隨之增大，極易在建筑的樓板與墻體中產(chǎn)生橫向裂縫。 通過統(tǒng)計分析，結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力與長度呈非線性相關(guān)關(guān)系，因此，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時一定要確保結(jié)構(gòu)尺寸合理，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選用合理的布置方案使結(jié)構(gòu)在實際工作中能實現(xiàn)整體性較好的同時剛度分配合理結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力明確， 在計算配筋過程中要嚴(yán)格按照國家相關(guān)設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計，從而減少或避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。在設(shè)計施工中盡量選擇使用變形差異接近的材料，從而有效的抑制了應(yīng)材料自身變形而造成的結(jié)構(gòu)裂縫。

3.2 現(xiàn)澆混凝土樓板裂縫的控制措施

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須保證混凝土結(jié)構(gòu)的整體剛度滿足規(guī)范要求 ，以免結(jié)構(gòu)的不均勻沉降造成在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力及剪應(yīng)力，進而減弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗溫度應(yīng)力的能力。

（2）在建筑的外墻角位置上應(yīng)布設(shè)放射筋 ，并且保證每個墻角布設(shè)的放射筋都在七根以上，配筋長度必須大于 2m，配筋范圍則不得小于樓板跨度的三分之一，各個鋼筋之間的間距則不得大于 0.1m。 通過在建筑外墻角布設(shè)放射筋的辦法能夠滿足應(yīng)力的要求，使得現(xiàn)澆混凝土樓板的裂縫應(yīng)力作用范圍與放射筋作用范圍一致，進而減少并控制裂縫的形成。

3.3 溫度裂縫的預(yù)防控制措施

在建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)優(yōu)先選用建筑平面布置規(guī)則、結(jié)構(gòu)受力簡單合理的結(jié)構(gòu)布置，不宜設(shè)置太多的凹凸，以免產(chǎn)生溫度應(yīng)力集中進而造成裂縫。 建筑的長高比應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范要求。在砌體結(jié)構(gòu)中建筑縱墻應(yīng)盡量少設(shè)門窗，并且門洞和窗洞不宜開設(shè)過大，保證磚墻具有足夠的抗剪面積，從而提高其自身的抗剪能力，同時還可減少在門窗部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象。 溫度裂縫的形成主要是由于磚墻本身、圈梁、屋面板的溫度變形以及相互間的溫差所引起的，其屋面板保溫層的效果好壞會對頂層磚墻的裂縫程度產(chǎn)生直接影響。因此，屋面保溫層的設(shè)計一定要滿足熱工要求，尤其是其施工工法及保溫材料的性能要與規(guī)范符合，并可適當(dāng)加大保溫層的厚度，保證保溫效果。

從建筑的結(jié)構(gòu)方面考慮，所有的縱墻、橫墻的頂層均應(yīng)設(shè)置圈梁，以增強其整體性及抵抗溫度裂縫的能力。在設(shè)計圈梁時，頂層圈梁尤其是縱向圈梁的高度應(yīng)盡量小些，以減少磚墻與圈梁之間的相互約束， 進而降低由于屋面板變形對墻體產(chǎn)生的水平推力；提高頂層墻體的砂漿砌筑強度是抵抗溫度裂縫有效且經(jīng)濟的方法，頂層砂漿強度不宜小于 M5.0，磚體的強度則不宜小于 MU10，并且磚砌體的厚度不宜小于 240mm；降低墻體與屋蓋之間的溫差是防止溫度裂縫的關(guān)鍵，所以，可在屋面設(shè)計時采取設(shè)置架空層等隔熱保溫措施。

3.4 鋼纖維混凝土在結(jié)構(gòu)裂縫控制中的應(yīng)用在鋼筋混凝土梁的底部布設(shè)適量的鋼纖維，使其能夠與混凝土共同抵抗開裂，從而提高鋼梁自身的抗裂能力，在其滿足設(shè)計要求的同時，符合規(guī)范中有關(guān)裂縫寬度或者抗裂度的要求。對于加入鋼纖維的鋼筋混凝土梁來說，當(dāng)鋼纖維的摻入體積率在 1.0%~1.5%左右，并且受拉區(qū)的鋼纖維混凝土層截面高度達(dá)到梁截面高度的 30%時，就可很好的控制梁體開裂。鋼纖維可與未開裂的混凝土共同承擔(dān)開裂截面上方的部分拉力，從而減小了開裂截面上的鋼筋應(yīng)力，對于裂縫的進一步發(fā)展起著約束作用，有效提高了裂縫間混凝土的整體性及構(gòu)件剛度。

4.結(jié)語

在實際工程中，混凝土出現(xiàn)裂縫，是一個長期令技術(shù)人員困擾的難題。雖然裂縫在大多工程中不可避免，但卻可以控制。只要在設(shè)計過程中針對各影響因素考慮全面，嚴(yán)格遵守設(shè)計規(guī)范，此外，還應(yīng)加強對工程施工的監(jiān)管，確保施工單位能夠按照設(shè)計、規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行，保證建筑物的安全及使用性能，一定能把裂縫控制在設(shè)計所要求的范圍內(nèi)。

參考文獻

［1］張斌,張建政．淺析建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫問題[J].城市建設(shè)理論研究 （電子版）,2012,(16)．

［2］李宏．試論建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫問題[J].黑龍江科技信息,2012,(3)