建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何避免裂縫問(wèn)題

胡華成 浙江恒泰建筑設(shè)計(jì)院有限公司

當(dāng)前國(guó)內(nèi)建筑業(yè)在飛速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視建筑的質(zhì)量，特別是建筑施工及使用中的結(jié)構(gòu)裂縫的問(wèn)題。在建筑中使用最廣泛的材料是混凝土，由于混凝土建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和其他特性，混凝土材料容易受到外界的影響，會(huì)導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，這些裂縫對(duì)建筑物的穩(wěn)定性和安全性具有重大影響，甚至?xí)绊懙接脩舻娜松戆踩?。因此，為了提高整個(gè)建筑物的安全性和質(zhì)量水平，相關(guān)施工人員需要處理好這些裂縫問(wèn)題，做好預(yù)防。為了充分保證對(duì)裂縫問(wèn)題的有效控制，建筑工程設(shè)計(jì)和施工應(yīng)從合理的設(shè)計(jì)、實(shí)際施工條件、所用地質(zhì)環(huán)境和建筑材料等方面入手，做好預(yù)防與控制。

一、裂縫的類(lèi)型

（一）塑性沉降裂縫

在實(shí)際情況下，建筑的鋼筋和模板等元素會(huì)影響混凝土骨料的沉降，造成塑性沉降裂縫。如果不按常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)模板進(jìn)行綁扎施工，建筑結(jié)構(gòu)中便可能會(huì)出現(xiàn)塑性沉積裂縫。塑性沉降裂縫是呈梭形，其中心較寬且兩端較窄，經(jīng)常發(fā)生在結(jié)構(gòu)的可變橫截面、梁板節(jié)點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)和板肋節(jié)點(diǎn)處，裂縫深度通常達(dá)到鋼筋的表面。因此，應(yīng)控制此類(lèi)裂縫需要控制水灰比、砂率和坍落度不要太大，對(duì)于橫截面差異較大的組件，必須先澆注較深的部分，靜置1-1.5h 后，沉降會(huì)穩(wěn)定下來(lái)，然后再澆筑頂部。

（二）塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫通常在施工過(guò)程中形成，在混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土暴露在外，并受到高溫和強(qiáng)風(fēng)等外部因素的影響，使混凝土材料更容易膨脹和收縮。當(dāng)混凝土材料表現(xiàn)出塑性狀態(tài)時(shí)，混凝土中的水含量進(jìn)一步減少，混凝土材料硬化，并且在建筑物表面上形成塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫是隨機(jī)分布的，彼此之間幾乎平行，且裂縫之間的距離最小為幾厘米，最大為幾十厘米，這些裂縫最初往往很淺，逐漸發(fā)展成貫通裂縫。預(yù)防措施包括嚴(yán)格控制混凝土的水膠比、水泥量和砂粉量，并且必須采取措施以確保高溫、強(qiáng)風(fēng)和干燥天氣下的施工質(zhì)量。

（三）溫度應(yīng)力裂縫

溫度應(yīng)力裂縫主要受溫度影響而產(chǎn)生，在實(shí)際的混凝土澆筑施工中，施工周期通常較長(zhǎng)，在此施工期間，晝夜溫差和室內(nèi)外溫差較大，混凝土結(jié)構(gòu)表面的散熱迅速，可能會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題。盡管這些裂縫看上去似乎不明顯，但是它們對(duì)建筑物的穩(wěn)定性和安全性的實(shí)際影響依然需要引起重視。

二、建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）板柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，通常位于板柱節(jié)點(diǎn)部位的樓板在抗剪承受力、抗沖擊能力等方面均較弱，倘若未能在柱體周?chē)逯泻侠碓O(shè)置鋼筋，易導(dǎo)致板柱節(jié)點(diǎn)傳遞不平衡彎矩，加大柱體周邊的附加剪應(yīng)力。為解決此問(wèn)題，需采用有托板的板柱節(jié)點(diǎn)，將托板根部厚度控制在柱縱筋直徑的16 倍左右，增強(qiáng)板柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能與抵御風(fēng)荷載的能力。同時(shí)，還可以在柱上板帶中設(shè)置暗梁，用于提高板柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的穩(wěn)定性。

（二）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

當(dāng)前主要采用SATWE 軟件進(jìn)行梁柱結(jié)構(gòu)的計(jì)算，判斷框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)，為建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與安全提供保障。依據(jù)該工程項(xiàng)目的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，計(jì)算得出樓層層間最大位移比為1/1972，未超過(guò)相關(guān)規(guī)范中1/800 的標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合剪重比、等效質(zhì)量系數(shù)計(jì)算結(jié)果可知，該建筑在X、Y 兩個(gè)方向上的最小剪重比均>1.6%、等效質(zhì)量系數(shù)均>90%，符合規(guī)范要求。

三、建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫問(wèn)題的防范措施

（一）結(jié)構(gòu)的整體剛度控制

增強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體剛度控制有利于提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高各構(gòu)件的抗裂性與承載力，從而減少或避免裂縫的發(fā)生。而加強(qiáng)建筑形體以及構(gòu)件規(guī)則性控制則有利于提升結(jié)構(gòu)整體的變形協(xié)調(diào)能力，最終達(dá)到減少或避免混凝土裂縫的目的。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要考慮建筑的功能要求，另一方面還需考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗裂要求。要能根據(jù)具體要求設(shè)置剪力墻、適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)支撐或是對(duì)局部構(gòu)件面積進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)這些增強(qiáng)與鞏固措施提升整體的設(shè)計(jì)與施工效果，有效防范混凝土裂縫的出現(xiàn)。

（二）加強(qiáng)力學(xué)裂縫控制

當(dāng)前，常見(jiàn)的力學(xué)裂縫控制措施有填充法以及表面處理法。填充法就是指當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)寬度、面積較大的裂縫時(shí)，選擇合適的填充材料對(duì)其進(jìn)行填充處理，通過(guò)填充消除裂縫，確保整個(gè)建筑的安全穩(wěn)定。表面處理法是指當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)面積、寬度較小的裂縫時(shí)，可通過(guò)對(duì)表面的抹平處理來(lái)達(dá)到消除混凝土裂縫的目的。此外，如果混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)危害性較小的裂縫，如非膨脹性裂紋、沒(méi)有引發(fā)漏水現(xiàn)象，裂紋深度較淺，此時(shí)就可應(yīng)用涂片法消除裂縫，確保建筑內(nèi)外部品質(zhì)良好。

（三）有效改善建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)不斷改良建筑物的設(shè)計(jì)，可以顯著降低混凝土產(chǎn)生裂縫的概率。例如，設(shè)計(jì)人員在考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候可以選擇中低強(qiáng)度的混凝土材料，也可以在承臺(tái)表面增加鋼筋的使用量；針對(duì)溫度變化所形成的裂縫，在實(shí)際操作中，可以通過(guò)采用永久式的伸縮方式來(lái)避免因溫度變化而形成裂縫?？偠灾嚓P(guān)人員需提前總結(jié)會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂紋的具體因素，并做好預(yù)先準(zhǔn)備工作，讓設(shè)計(jì)更加完美。

（四）做好預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)時(shí)，需要對(duì)建筑物的幾何尺寸、預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗裂性進(jìn)行綜合分析。通常在設(shè)計(jì)中使用梁長(zhǎng)度的1/15，根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平，通常使用1/18～1/20，不僅可以減少鋼筋數(shù)量，也可以減少建筑物本身的結(jié)構(gòu)重量，但是必須根據(jù)相關(guān)規(guī)范和要求嚴(yán)格控制建筑結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。如果建筑物的結(jié)構(gòu)超出相關(guān)法律法規(guī)規(guī)定的限制，則需要在地下設(shè)置后澆筑區(qū)，并在地面上設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。

四、結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性能夠有效地避免各種裂縫問(wèn)題的發(fā)生，提高工程的整體質(zhì)量以及安全性，實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑工程使用功能的發(fā)揮。