探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)裂縫的原因及對(duì)策

薛 彪

探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)裂縫的原因及對(duì)策

薛 彪

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 230051）

裂紋問題在建筑結(jié)構(gòu)較為常見，在出現(xiàn)此類問題時(shí)施工建筑物的安全性和穩(wěn)定性將會(huì)降低，而且整體的建筑物性能也會(huì)因此降低。因此，對(duì)建設(shè)工程施工單位來說針對(duì)裂縫問題的研究具有重要意義。因此需在早期階段根據(jù)工程的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出方案，在中期階段給防裂縫技術(shù)做一個(gè)精確的規(guī)定，在后期階段予以切實(shí)有效的防止裂縫做一個(gè)詳細(xì)的分析與總結(jié)。本文對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫問題進(jìn)行了一個(gè)簡單的敘述，希望在未來的結(jié)構(gòu)裂縫控制問題上起到一定的作用。

建筑結(jié)構(gòu)；裂縫原因；措施；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫的危害

我們根據(jù)裂縫所產(chǎn)生的不同危害將其分為以下三種類型，深度裂紋，表面裂紋和貫穿裂紋。隨著裂縫不斷產(chǎn)生，其對(duì)建筑工程所產(chǎn)生的危害也在不斷的加強(qiáng)。在一般情況下，建筑工程中最為嚴(yán)重的裂縫為貫穿裂縫，其對(duì)建筑所產(chǎn)生的危害也是最大的。施工工程會(huì)被貫穿裂縫極大的破壞，建筑物的穩(wěn)定性和安全性會(huì)被降低。就算深層裂縫不會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)造成大方面的破壞，可是它也在某種程度上的損害了建筑物質(zhì)量。與其他的幾種類型相比，表面裂縫所產(chǎn)生的破壞所造成的危害最為小，但是如果這種表面所產(chǎn)生的裂縫不能很好的處理，那么其隨著時(shí)間不斷的增加，裂縫也會(huì)演變成深層的裂縫，最后對(duì)建筑物的損害將是不可估計(jì)的。

2 裂縫產(chǎn)生的主要部位

通過長期大量的研究得出了建筑結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的主要位置的比例，裂縫出現(xiàn)在樓板的比例為 71.15％，裂縫出現(xiàn)在梁的比例為 24.04％，裂縫出現(xiàn)在超高層建筑的基礎(chǔ)板上的比例也有一些。

3 裂縫發(fā)生的主要原因

建筑物結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的主要原因主要有以下兩個(gè)方面：一部分裂縫是通過荷載應(yīng)力和次應(yīng)力引起的。另一部分裂縫是因?yàn)閮?nèi)部和外部的變化致使建筑物產(chǎn)生變形而產(chǎn)生的非荷載裂縫。主要有收縮，擴(kuò)張，不均勻沉降的物理方面因素。據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，由非荷載（收縮，擴(kuò)張，不均勻沉降等）因素引起而產(chǎn)生的裂縫占80％以上。

4 按照裂縫類型分析裂縫原因

當(dāng)今社會(huì)，構(gòu)成現(xiàn)代的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要元素為混凝土結(jié)構(gòu)，可是在氣候、溫度、設(shè)計(jì)施工等因素的影響下，混凝土較易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫的問題。

4.1 荷載裂縫

隨著時(shí)間的推移鋼筋混凝土在荷載作用下慢慢的產(chǎn)生裂縫，這種現(xiàn)象叫做荷載裂縫，造成這種現(xiàn)象的不光有機(jī)構(gòu)構(gòu)建的重量，而且還有建筑物自身的重量。在應(yīng)對(duì)抗裂性這一性能進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮建筑物要受長期荷載的因素。就比如辦公建筑的荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其他國家的荷載設(shè)計(jì)值要比我國的高出一些，但是其他國家混凝土強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值又比我國的低，因此混凝土的荷載能力其他國家要比我國高得多，所以我國的建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象比較普遍。

4.2 溫度應(yīng)力裂縫

混凝土的線性膨脹系數(shù)表示為 1×10-5/℃。在混凝土內(nèi)外溫差較大的情況下，會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力繼而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大小超過混凝土的抗壓極限強(qiáng)度時(shí)會(huì)形成所謂的溫度應(yīng)力裂縫?；炷烈蚴湛s而開裂主要是因?yàn)榛炷寥彼?，含水量不足。尤其在?nèi)部水分不足外部環(huán)境又特別干燥的情況下裂縫容易會(huì)順著結(jié)構(gòu)慢慢貫通，從而導(dǎo)致混凝土建筑的表面產(chǎn)生表面裂縫。由于溫度發(fā)生冷卻收縮或干燥收縮混凝土?xí)a(chǎn)生溫度應(yīng)力，致使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。下面這個(gè)式子便可以說明溫度應(yīng)力與構(gòu)件的關(guān)系：amax=0．5tLLyl。構(gòu)件中間的最大溫度便是 a：組件之間的摩擦系數(shù)為 tLL；l表示構(gòu)件長度。隨著構(gòu)件的長度增加溫度應(yīng)力也跟著增加。因此裂縫就比較容易產(chǎn)生。因此，我們也應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長度保持足夠的重視。避免溫度應(yīng)力裂縫的關(guān)鍵點(diǎn)在于怎么保持混凝土水分。因?yàn)榛炷潦湛s而產(chǎn)生的裂縫多出生于施工的過程之中，因此在混凝土澆筑施工過程中應(yīng)適當(dāng)注意水分蒸發(fā)，以及水分和石灰的比例在外界因素的影響下發(fā)生的變化。3~4h 后澆注的混凝土?xí)驈?qiáng)風(fēng)天氣和炎熱的天氣使表面水分迅速蒸發(fā)，施工人員用在表面覆蓋保濕對(duì)象的方法保濕，如草袋或塑料薄膜等。建設(shè)工程進(jìn)行時(shí)，應(yīng)對(duì)混凝土保濕，盡量避免產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，規(guī)避建筑結(jié)構(gòu)表面的開裂現(xiàn)象。

4.3 塑性沉降裂縫

沉降裂縫是因?yàn)榛炷林鞴橇系缺戎卮蟮念w粒沉降時(shí)受到鋼筋、模板的阻礙而產(chǎn)生豎向體積縮小的變形裂縫。位于鋼筋上部、結(jié)構(gòu)變截面的地方。沉降收縮裂縫是混凝土不均勻收縮產(chǎn)生的，所以應(yīng)該減少混凝土沉降收縮量，比如優(yōu)化混凝土配合比；充分振搗；二次振搗；健全混凝土面層質(zhì)量保證體系沉降縫的合適設(shè)置能夠有效防治墻體裂縫。減少建筑物長高比，對(duì)軟弱地基，長高比宜小于或等于 2.5，以增加建筑的整體剛度。由于鋼筋、模板在混凝土主要骨料這些比重大的顆粒沉降時(shí)對(duì)其阻礙進(jìn)而產(chǎn)生豎向體積縮小的變形裂縫，這種裂縫便是沉降裂縫。一般是在鋼筋的上部位置以及結(jié)構(gòu)變截面位置?；炷恋氖湛s不均勻會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)沉降收縮裂縫，因此應(yīng)該降低混凝土的沉降收縮量，如改善混凝土的配比方案；充分振動(dòng)；二次振動(dòng)；要想有效地控制墻體裂縫就要完善混凝土面層質(zhì)量保證系統(tǒng)。降低建筑物的長度與高度比，這個(gè)比例值應(yīng)小于或等于 2.5，來增加建筑的整體剛度。沉降縫寬度見表 1。

4.4 設(shè)計(jì)不合理、施工不當(dāng)

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)存在不合理的地方，就像計(jì)算荷載的錯(cuò)誤，不合理的構(gòu)造，過大或過小的梁跨度，節(jié)點(diǎn)的不合理，配筋位置選取錯(cuò)誤等原因都會(huì)導(dǎo)致先天性缺陷。

5 預(yù)防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫出現(xiàn)的措施

（1）應(yīng)從大局出發(fā)來構(gòu)思整體設(shè)計(jì)，把結(jié)構(gòu)的整體剛度放在重點(diǎn)關(guān)注的地方。為了防止房屋因不均勻沉降而產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力、壓應(yīng)力，并且使結(jié)構(gòu)抵抗溫度應(yīng)力的能力降低。應(yīng)該在結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始時(shí)準(zhǔn)確的計(jì)算并且來回檢查，以避免漏算和誤判。也應(yīng)正確的記錄和把關(guān)設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)。

（2）中國的工程設(shè)計(jì)有自己明確的設(shè)計(jì)規(guī)范，載荷裂縫的計(jì)算公式十分明確，允許寬度限值也十分嚴(yán)格。工程設(shè)計(jì)必須達(dá)到承載能力的極限狀態(tài)和極限使用狀態(tài)。因此，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)充分考慮建筑物的荷載能力，滿足國家的規(guī)定和設(shè)計(jì)的規(guī)范。

（3）由荷載變化和變形變化而引起的裂縫是氣體結(jié)構(gòu)裂縫的主要組成。這種裂縫主要是由于人為因素而產(chǎn)生的。不合理的設(shè)計(jì)和不達(dá)標(biāo)的施工，使用的不當(dāng)?shù)?。我們有以下幾種防止產(chǎn)生砌體裂縫的方式：①把屋頂使用保溫層或隔熱層封住，降低屋頂和墻面溫差以便有效控制溫度裂縫，屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)應(yīng)符合保溫隔熱措施。②在墻壁里安置伸縮縫，以防止因干燥收縮而產(chǎn)生墻體垂直裂紋。在國外常采用規(guī)范的砌體材料來控制收縮變形。普通混凝土收縮率 0.2~0.6mm/m，輕骨料混凝土砌塊收縮變形會(huì)比普通混凝土砌塊更大，灰砂磚的收縮率則更小。材料收縮率見表 2。

6 預(yù)應(yīng)力與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在最近幾年的現(xiàn)場狀況來看，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)處理以下幾類問題：①預(yù)應(yīng)力筋的失高太低，從荷載平衡法分析，預(yù)應(yīng)力筋用量增加時(shí)，平衡的荷載便會(huì)減小，非預(yù)應(yīng)力筋也應(yīng)該增加。②當(dāng)我們對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)抗裂程度要求偏高時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該增加預(yù)應(yīng)力與非預(yù)應(yīng)力筋。③在設(shè)計(jì)時(shí)幾何結(jié)構(gòu)的尺寸也應(yīng)該值得商榷，現(xiàn)在，通常在設(shè)計(jì)時(shí)取梁長的 1/15，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)與施工水平下，一般用 1/18~1/20，既可以減少用鋼量，還能減少結(jié)構(gòu)自重。

結(jié)束語

各式各樣的裂縫出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里，并且解決方案的針對(duì)性和范圍也不盡相同。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)師和工程設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的情況對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行觀察分析。用合理的設(shè)計(jì)、規(guī)范的施工、安全的維護(hù)等措施，來防止裂縫出現(xiàn)。

[1]皮孝建. 試論房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制策略[J]. 江西建材,2016,03:51.

[2]徐利華. 探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)裂縫的原因及對(duì)策[J]. 江西建材,2013,06:27-28.

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1007-6344（2017）03-0084-01