建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫原因分析及改善措施

姜 巍 郜志遠

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 湖南長沙 410007）

引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對建設(shè)施工過程中出現(xiàn)的問題也越來越重視，尤其是關(guān)于建設(shè)施工中結(jié)構(gòu)的裂縫預(yù)防問題。建筑結(jié)構(gòu)中所存在的裂縫現(xiàn)象會對使用的安全性以及耐久性等產(chǎn)生不同程度上的影響。在建筑工程中，裂縫問題與結(jié)構(gòu)設(shè)計有著很大的相關(guān)性。為了有效的控制裂縫問題，在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中必須要以工程實際的地質(zhì)條件為依據(jù)，據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，不斷對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，并且制定完善的裂縫防治措施。另外強化工程施工監(jiān)管制度，保證施工單位依照規(guī)范制度嚴(yán)格執(zhí)行，從而提高建筑物的使用性能，促進建筑業(yè)的發(fā)展。

1 建筑工程結(jié)構(gòu)裂縫的危害

1.1 整體強度減弱

當(dāng)建筑工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計中出現(xiàn)裂縫時，建筑工程的整體強度將會被直接影響，裂縫會使混凝土的鋼筋暴露在建筑表面，鋼筋更容易受到水和空氣等外界因素的腐蝕而質(zhì)量下降，建筑工程項目強度也隨之下降。而且，建筑工程結(jié)構(gòu)強度的下降還會加重裂縫問題，使建筑工程出現(xiàn)惡性循環(huán)，建筑物的耐久性逐漸變低，影響建筑物在工程后期的使用性，減少建筑物壽命。

1.2 建筑剛性減弱

在建筑工程設(shè)計結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問題后，裂縫截面位置中總會發(fā)生不同程度的上移，這種上移現(xiàn)象會影響建筑工程的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。而裂縫不斷加寬，會導(dǎo)致建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形，降低了建筑物的剛度性能，使建筑物不能長時間承受高壓作用力，降低了建筑工程項目整體結(jié)構(gòu)的疲勞度。

1.3 建筑工程結(jié)構(gòu)抗剪承載力減弱

裂縫問題除了對建筑整體強度和建筑剛性有影響外，還會降低建筑工程項目結(jié)構(gòu)的抗剪承載力。裂縫的出現(xiàn)，支撐抗剪作用的截面面積越來越小，建筑工程的抗剪力就會下降，建筑工程的抗剪承載力變低時，建筑物會更容易出現(xiàn)程度不同的裂縫問題，使建筑工程結(jié)構(gòu)的完整性被嚴(yán)重破壞。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中裂縫問題產(chǎn)生的原因

2.1 溫度應(yīng)力影響

在建筑工程中，溫度應(yīng)力是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生裂縫的主要原因，而溫度應(yīng)力出現(xiàn)變化主要是由于建筑工程存在自生應(yīng)力和約束應(yīng)力。建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不同使得建筑結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是自生應(yīng)力，常出現(xiàn)在一些尺寸較大的構(gòu)件上。當(dāng)早晚溫差變大或者混凝土表面散熱率不均勻，建筑物就會產(chǎn)生這種自生應(yīng)力使建筑工程表面出現(xiàn)裂縫。例如建筑工程施工中，施工人員按照要求對混凝土澆筑后，水泥內(nèi)部熱量比混凝土表面溫度散發(fā)速度慢，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)顯著的壓力變化，導(dǎo)致混凝土撕裂變形，出現(xiàn)裂縫。

2.2 貫穿裂縫的影響

貫穿裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土產(chǎn)生大規(guī)模形變而引起的。在水泥跟水融合的反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的熱，而在塑性的過程中因溫度不斷升高所以彈性模量小，而變形所引起的應(yīng)力較小所以溫度應(yīng)力完全可以忽略不計的，但是隨著混凝土溫度的逐漸降低，硬氣的形變以及混凝土中的水分蒸發(fā)流失都將造成混凝土體積收縮進而發(fā)生形變。建筑結(jié)構(gòu)因為遭到地基以及空間的制約將會引起拉應(yīng)力的產(chǎn)生，而當(dāng)這個力度超過了所能承受的極限時就會產(chǎn)生貫穿裂縫。

2.3 鋼筋腐蝕影響

鋼筋是在建筑工程項目結(jié)構(gòu)設(shè)計中確?？傮w結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵性材料，其表面會有一層混凝土保護層。因為混凝土保護層的質(zhì)量不達標(biāo)，鋼筋會與二氧化碳、氯化物直接接觸發(fā)生反應(yīng)。同時施工人員對鋼筋進行混凝土澆筑，雖然可以提升建筑墻體的結(jié)構(gòu)剛度，但也使混凝土外層的氧化膜受到破壞，使鋼筋被氧氣、水侵蝕。當(dāng)鋼筋出現(xiàn)銹蝕問題時，鋼筋與混凝土之間的握裹力就會降低，在建筑物整體結(jié)構(gòu)上就會出現(xiàn)其他新的裂縫。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中控制裂縫的措施

3.1 結(jié)構(gòu)的平面布置

應(yīng)當(dāng)確保建筑結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)則性，避免平面布置形狀出現(xiàn)突變的情況。在平面存在凹口時，應(yīng)當(dāng)在凹口部位的邊緣設(shè)置拉梁，凹口周邊的樓板應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)募雍癫⑶覍ε浣钸M行強化，樓板的負筋應(yīng)當(dāng)拉通。此外還應(yīng)該按照相關(guān)規(guī)范和要求對建筑結(jié)構(gòu)的長度進行控制，在建筑結(jié)構(gòu)的長度超過相關(guān)規(guī)范規(guī)定的數(shù)值時，地下部位設(shè)置后澆帶，地上應(yīng)設(shè)置膨脹加強帶。后澆帶通常設(shè)置在梁和樓板的1/3寬的位置，寬度應(yīng)當(dāng)在800～1000mm范圍內(nèi)。加強帶寬度一般為2000mm，帶兩側(cè)布置密孔鋼絲網(wǎng)，以此將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分隔開，鋼絲網(wǎng)垂直布置于上下層（或內(nèi)外層）鋼筋之間，并用鋼筋加固。膨脹加強帶帶內(nèi)增設(shè)15%水平溫度鋼筋，水平溫度鋼筋均勻布置在上下層，內(nèi)摻12%的膨脹混凝土后，且混凝土強度等級提高一級。后澆帶及加強帶的設(shè)置應(yīng)當(dāng)將梁、墻和板完全的分開，鋼筋仍然應(yīng)該連續(xù)的配置。在房屋長度超過規(guī)定的的數(shù)值比較大的情況下，應(yīng)當(dāng)進行變形縫的設(shè)置。在建筑物群房和主樓的高度相差比較大的情況下，需要在主樓和群房之間進行沉降縫或者是后澆帶的設(shè)置，這樣能夠有效的避免或者減少因為基礎(chǔ)沉降而導(dǎo)致的裂縫的產(chǎn)生。

3.2 混凝土構(gòu)件厚度

由于鋼筋錨固和耐久性等因素的影響，必須對現(xiàn)澆構(gòu)件的最小厚度進行合理的限制，對于現(xiàn)澆樓板的厚度應(yīng)當(dāng)選擇≥L/30-L/40（L為板的計算跨度），通常民用建筑不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?00mm，根據(jù)實際發(fā)現(xiàn)，樓板的厚度在比較薄的情況下可能會出現(xiàn)收縮裂縫，因此必須結(jié)合實際情況根據(jù)相關(guān)規(guī)范和要求對其最小厚度進行科學(xué)的限制。

3.3 混凝土強度等級選用

建筑結(jié)構(gòu)通常屬于大體積混凝土，建筑結(jié)構(gòu)的梁和樓板的混凝土強度應(yīng)當(dāng)保持一致，宜選用中級。在建筑結(jié)構(gòu)的墻和柱的混凝土等級高于梁和板時，節(jié)點核心區(qū)的混凝土強度的等級應(yīng)當(dāng)與柱和墻保持一致，在梁和柱混凝土強度等級不同的情況下節(jié)點的做法見圖1?，F(xiàn)澆梁與樓板的混凝土強度等級應(yīng)當(dāng)保持一致性。在柱和墻的混凝土強度等級大于梁和板的混凝土強度時，節(jié)點核心區(qū)的混凝土強度等級應(yīng)與柱和墻相同，梁和柱混凝土強度等級不同時節(jié)點的做法見圖1。

圖1 梁柱節(jié)點混凝土強度處理

3.4 配筋設(shè)計

對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)裂縫控制配筋，尤其是大跨度梁板需特別注意。屋面板的結(jié)構(gòu)配筋宜采用雙層雙向通長配筋，在樓板陰陽角變形應(yīng)力集中的部分應(yīng)增加設(shè)置放射鋼筋。對于板的受力鋼筋的配置應(yīng)當(dāng)按照直徑下、間距密的原則，從而對構(gòu)件的裂縫進行適當(dāng)?shù)臏p小。必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進行配筋設(shè)計和間距的設(shè)置，進而對混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫進行有效的控制。通過情況下混凝土在自然狀態(tài)下，其復(fù)合材料包括水泥、水、砂、石等外加劑和摻合料在物理和化學(xué)作用下成分逐漸硬化為多孔的復(fù)合材料，由于初始溫度收縮應(yīng)力引起的許多內(nèi)部微裂紋，在外力作用下裂紋逐漸擴展。而混凝土的宏觀裂縫，繼續(xù)快速膨脹導(dǎo)致破壞。對于鋼筋混凝土，尤其是加固后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)裂縫不會瞬間破壞，其會在較短的時間內(nèi)限制裂縫的寬度。因此，在混凝土施工時鋼筋的施工就顯得非常重要，其能夠有效地控制裂縫的出現(xiàn)和限制裂縫延伸。

4 結(jié)語

總之，不同成因產(chǎn)生的裂縫問題一直困擾著我國建筑工程的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，阻礙著我國建筑業(yè)的發(fā)展。由分析可知，設(shè)計師通過合理布置建筑物平面，合理安排門窗，對原材料提出精確要求，嚴(yán)格把控混凝土的澆筑質(zhì)量，合理設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)等方法大大減少了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫問題的出現(xiàn)，加強了建筑物的剛性和抗剪承載力，提高了建筑物整體強度，也推動了我國建筑行業(yè)的進一步發(fā)展。

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