建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫成因及控制措施探析

張鳳

摘要：人們所居住的住宅、購物的商店、商場(chǎng)，觀看體育比賽的看臺(tái)、體育館，教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、辦公樓，以及單層與多層工業(yè)廠房，等等，這些人們賴以生活、學(xué)習(xí)、工作的場(chǎng)所，即建筑物，無論是功能簡單還是復(fù)雜，都包括有基礎(chǔ)、墻體、柱、樓蓋及屋蓋等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。它們組成房屋的骨架，支撐著建筑，承受各種外部作用（如荷載、溫度變化、地基不均勻沉降等），形成結(jié)構(gòu)整體。這種房屋骨架或建筑的結(jié)構(gòu)整體，就是建筑結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑物或構(gòu)筑物的混凝土不能自由收縮時(shí)，會(huì)在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力而引起裂縫。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? ?裂縫? ?成因? ?控制措施

一、關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫

由于裂縫在建筑物中產(chǎn)生的原因不同，大致可分為，收縮型裂縫;溫度型裂縫;由于化學(xué)原因造成的裂縫;建筑設(shè)計(jì)引起的裂縫;還有因地質(zhì)條件等等引起的多種裂縫。如在實(shí)際操作中，建筑物所采用的鋼筋和模形板都有可能對(duì)混凝土造成不同程度沉降的影響，在這種情況下，就形成了塑性沉降的裂縫。此外，在建筑物施工過程中，進(jìn)行澆筑混凝土工程大部分都在室外進(jìn)行處于全暴路狀態(tài)，與此同時(shí)，受外部因素的影響，如高溫天氣狀態(tài)下：大風(fēng)或暴雨等惡劣環(huán)境的影響，使混凝土出現(xiàn)了熱脹冷縮的現(xiàn)象，這種情況下，混凝土的水份會(huì)減少，混凝土本身會(huì)變硬，既而就形成了塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫大都是不規(guī)則的多邊形結(jié)構(gòu)，也有呈平行狀的，這些裂縫剛開始還是不明顯的，逐漸會(huì)成為貫穿性的裂縫，因此遇到大風(fēng)等惡劣天氣的情況時(shí)，應(yīng)釆取應(yīng)急措施，來保證建筑物的質(zhì)量問題。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫形成的因素分析

（一）地質(zhì)和設(shè)計(jì)因素

每個(gè)大型工程項(xiàng)目，在正式施工破土前，都要進(jìn)行前期的準(zhǔn)備工作，如地質(zhì)勘察，它直接影響了建筑物的工程設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量，如果地質(zhì)勘查部門沒有精確的檢測(cè)分析和真實(shí)的數(shù)據(jù)報(bào)告，將會(huì)造成負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和施工人員對(duì)整個(gè)工程的地質(zhì)狀況沒有全面，系統(tǒng)性的了解， 更必談對(duì)相關(guān)地質(zhì)問題，做出針對(duì)性的防裂等措施。建筑設(shè)計(jì)是整個(gè)工程施工的首選，也是建筑物大致輪廓的形成，假如設(shè)計(jì)人員在建筑設(shè)計(jì)中不能準(zhǔn)確的結(jié)合建筑風(fēng)格的特點(diǎn)、要求，以及因地質(zhì)因素可能造成的裂縫進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，對(duì)建筑物的材料沒有具體的了解，更沒有對(duì)材料之間所產(chǎn)生的作用和影響認(rèn)真的分析，那么很可能在建筑物的投運(yùn)期間就有裂縫的出現(xiàn)。

（二）施工工藝及原材料的管控問題

建筑物細(xì)長的薄壁中出現(xiàn)裂縫是建筑施工的常見問題，通常都是因?yàn)榻ㄖ┕さ墓に嚊]有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)而造成的，直接影響到建筑物整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和效益，因此對(duì)建筑的質(zhì)量務(wù)必嚴(yán)加管控，對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)技術(shù)人員的技能水平，引進(jìn)先進(jìn)及高科技的施工工藝水平，保證施工質(zhì)量能充分滿足施工設(shè)計(jì)的要求，要從源頭上杜絕裂縫的形成。施工單位在材料選擇方面，必須嚴(yán)格按照施工方的標(biāo)準(zhǔn)與合同規(guī)定，選擇符合施工項(xiàng)目中所需材料，并根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料進(jìn)行合理配比，以提高建筑物整體的質(zhì)量，盡量減少建筑物中產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。

具體來看，不同建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的因素不同。對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)的建筑墻體出現(xiàn)裂縫，其影響因素包括溫度，地基，干縮等。從設(shè)計(jì)上來看也存在施工質(zhì)量，材料選用不合格，缺乏建筑經(jīng)驗(yàn)等問題。具體從溫度變化上來看，當(dāng)溫度發(fā)生顯著變化時(shí)，由于材料會(huì)存在熱脹冷縮效應(yīng)，房屋各構(gòu)件產(chǎn)生不同的變形，進(jìn)而引起制約產(chǎn)生應(yīng)力。由于屋面混凝土與墻體膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致屋面變形度比較大，當(dāng)房蓋與墻體間的構(gòu)造沒有得到恰當(dāng)處理時(shí)，會(huì)使墻體處于受拉狀態(tài)，當(dāng)拉應(yīng)力和剪力大于砌體的抗剪抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)拉裂墻體。此外，從地基不均勻沉降角度上來看，目前由于地基變形所導(dǎo)致的安全事故占據(jù)80%以上，在建筑物使用中，由于綠化澆水，上下水管漏水等問題均會(huì)對(duì)建筑造成不利影響，地基的變形，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致墻體發(fā)生裂縫，而且在樓層分布上通常下層會(huì)更為嚴(yán)重，包括豎向和水平裂縫等。

對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的建筑物填充墻產(chǎn)生裂縫的因素也比較多，除上述因素之外，還存在砌體材料干濕不穩(wěn)定，混凝土砌塊的收縮。具體來看，很多建筑的填中墻砌體材料會(huì)存在干縮濕脹的問題，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致粉刷之后墻面出現(xiàn)裂縫，而這種裂縫產(chǎn)生是由于粉刷墻體之前需要經(jīng)過充分的澆水濕潤，墻體含水量高，體積會(huì)存在一定程度的膨脹，當(dāng)收縮量達(dá)到一定程度后，會(huì)使墻面粉刷層的拉裂，混凝土砌塊是一種硅酸鹽含水制品，由于水分減少而產(chǎn)生這種混凝土，經(jīng)帶水養(yǎng)護(hù)之后會(huì)隨著水分減少出現(xiàn)制品收縮。

撓度也與裂縫產(chǎn)生有一定關(guān)系，撓度彎曲變形時(shí)橫截面沿著軸線垂直方向進(jìn)行位移，被稱為撓度。具體來說是指梁，桁架等受彎構(gòu)件在一定荷載作用下的最大變形，由于混凝土抗壓性能小于抗拉性能，所呈現(xiàn)的是脆性材料，結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度大，則變形程度大，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致裂縫逐漸增大。針對(duì)這一問題，首先跨度大的梁其端部和跨中應(yīng)力較大，端部上表面和跨中下表面由于拉應(yīng)力大而容易出現(xiàn)裂縫，因此需要合理控制抗裂薄弱部位的抗裂計(jì)算。其次，對(duì)于一些大跨度的梁，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化縱向構(gòu)造鋼筋的設(shè)置，提高梁縱向截面的配筋率，充分考慮施工過程中溫度，施工荷載，收縮應(yīng)力的影響，進(jìn)入提升構(gòu)件抗裂性能。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制裂縫的措施

比如我們以某高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓面板裂縫作為案例分析，該混凝土框架結(jié)構(gòu)最初是科技樓，之后被改造為酒店，由于使用多年，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)不同程度的損傷，對(duì)自身安全和正常使用產(chǎn)生了不利的影響。在該建筑的主樓，副樓板檢查中，我們發(fā)現(xiàn)有多層樓面板出現(xiàn)裂縫，且大多處于樓四周陽角處，通過分析產(chǎn)生裂縫的成因，我們發(fā)現(xiàn)樓板撓曲變形相比溫差來說對(duì)于裂縫產(chǎn)生的影響更為嚴(yán)重。針對(duì)溫度變化所引起的裂縫，比如懸挑板處的裂縫，需要清洗裂縫之后干燥，可以采用環(huán)氧修復(fù)砂漿進(jìn)行修復(fù)或者也可以在裂縫處涂刷封閉處理，對(duì)些裂縫較大的地方可以沿著裂縫鑿出八字形的凹槽，清洗之后再用適當(dāng)比例的水泥砂漿抹平或者用環(huán)氧膠泥進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)于一些貫通或者通常的危險(xiǎn)裂縫切寬度大約0.3mm的裂縫來說，可以利用灌縫膠以及結(jié)構(gòu)膠粘扁鋼進(jìn)行加固或者高壓灌膠處理。

此外，在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真全面的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的因素進(jìn)行分析，重點(diǎn)是建筑物主體使用的混凝土的強(qiáng)度，并且釆用相應(yīng)措施來提升建筑物的荷載能力。還要對(duì)建筑物可能發(fā)生不均勻的沉降現(xiàn)象引起注意，這些現(xiàn)象一旦產(chǎn)生，會(huì)降低建筑物對(duì)外界環(huán)境及溫度的抵抗能力，因此，總結(jié)設(shè)計(jì)中存在的可能誘發(fā)建筑結(jié)構(gòu)裂縫的問題時(shí)，在實(shí)際設(shè)計(jì)操作過程中，必須做到對(duì)建筑物的荷載能力給予精確的測(cè)試和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，促進(jìn)工程設(shè)計(jì)的進(jìn)度，使工程設(shè)計(jì)在建筑工程中具有可實(shí)用性和科學(xué)性。

建筑工程中混凝土澆筑的耐久性和原材料的質(zhì)量是息息相關(guān)的，材料直接影響建筑的質(zhì)量，工程的造價(jià)，及工程使用的年限等，因此工程的項(xiàng)目部應(yīng)該嚴(yán)格把控原材料的質(zhì)量關(guān)，盡量選擇和工程項(xiàng)目指標(biāo)相符并且質(zhì)量合格的原材料。如在選擇砂石的材料上，必須緊密結(jié)合它的經(jīng)濟(jì)適用性，根據(jù)項(xiàng)目的具體要求，盡量選擇顆粒較大且堅(jiān)固程度較好的砂石，減少攪拌砂石過程中水泥的用量，盡量避免在攪拌水泥過程中，使水泥的熱量快速消耗掉，來提升水泥的溫度應(yīng)力。在選擇礫石時(shí)，盡量不要用含有堿性成分的礫石，以免在攪拌中，它與其它材料發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生水化熱現(xiàn)象。在混凝土攪拌且摻入混料時(shí)，還需在攪拌中添加緩凝劑和膨脹劑，防止混凝土因收縮或膨脹對(duì)建筑物產(chǎn)生不該有的拉應(yīng)力。

施工的過程和建筑工程的質(zhì)量有著最大的，最直接的關(guān)系，因此努力提高施工的技術(shù)水平，同時(shí)應(yīng)規(guī)范施工人員的施工行為，并且嚴(yán)格監(jiān)管施工的質(zhì)量。在建筑項(xiàng)目施工過程中，絕大多數(shù)工程師都在實(shí)地進(jìn)行指導(dǎo)，而實(shí)際上施工的操作過程則由施工人員來完成，因此在施工前，應(yīng)組織施工人員進(jìn)行正規(guī)的培訓(xùn)，強(qiáng)化施工人員的職業(yè)素質(zhì)和技能水平，并引進(jìn)先進(jìn)的施工技術(shù)和工藝進(jìn)行合理的施工安排。對(duì)于大面積的混凝土施工及澆筑混凝土，技術(shù)人員還需進(jìn)一步指導(dǎo)，全面地分析由于天氣變化等因素，如在高溫條件下，我們建議施工人員對(duì)混凝土實(shí)施分層澆筑法，充分利用澆筑面自身的散熱性能，來減小高溫天氣給混凝土的澆筑質(zhì)量帶來的巨大影響。還可以用埋設(shè)水管的方法，既能進(jìn)行物理降溫，又能維持混凝土表面結(jié)構(gòu)的濕潤。但是施工人員在實(shí)際操作過程中，技術(shù)人員必須繼續(xù)加強(qiáng)指導(dǎo)，嚴(yán)格監(jiān)督并且即時(shí)糾正施工人員的違規(guī)行為，杜絕裂縫的發(fā)生幾率，有效提高建筑物的整體質(zhì)量。

四、結(jié)語

建筑物本身與人們的生活環(huán)境是緊密相關(guān)的，大力提升建筑物的質(zhì)量對(duì)消費(fèi)者的生命及財(cái)產(chǎn)安全起著舉足輕重的維護(hù)作用。雖然在建筑過程中，混凝土結(jié)構(gòu)的工程很有可能出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，但只要施工人員加強(qiáng)對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和方案正確施工處理，選擇最優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟(jì)適用型的原材料，對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑時(shí)高度重視，加強(qiáng)施工過程中的質(zhì)量檢測(cè)，做好建筑物中混凝土的有效養(yǎng)護(hù)工作，這樣就能最大限度地預(yù)防和減少建筑物中裂縫的產(chǎn)生，從而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）