探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)裂縫的原因及對策

摘要：當(dāng)今社會發(fā)展的速度越來越快，建筑行業(yè)不斷發(fā)展壯大，已經(jīng)成為我國的重要產(chǎn)業(yè)，人民對建筑物的要求也越來越高，其中建筑物的安全問題是最受人民關(guān)注的。隨著建筑投入使用的時間越來越長，并受到環(huán)境等因素的影響，很多建筑物開始出現(xiàn)裂縫，這無疑為建筑安全埋下了隱患。本文從建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因出發(fā)，對如何最大化避免產(chǎn)生這一問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);建筑設(shè)計;裂縫原因

建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大裂縫，不僅會大幅度降低建筑物的使用年限，影響建筑質(zhì)量，還會威脅到社會的正常發(fā)展。建筑質(zhì)量直接影響到企業(yè)的生存發(fā)展，雖然出現(xiàn)裂縫問題無法保證完全避免，但是，頻繁發(fā)生類似事故也會有損企業(yè)的形象，降低人民的好感度，直接或間接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對企業(yè)造成一定的損失。因此，如何盡可能避免出現(xiàn)超過容許裂縫，以及在裂縫發(fā)展初期，使其得到修補，是建筑從業(yè)者更應(yīng)該關(guān)心的問題。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)裂縫的可能原因

1.1 荷載考慮不足，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大裂縫

荷載合理取值和正確的荷載組合是結(jié)構(gòu)工程師的第一課。結(jié)構(gòu)設(shè)計時書庫活荷載取值容易取錯，根據(jù)荷載規(guī)范要求，當(dāng)庫架高度大于2m時，書庫活荷載應(yīng)按每米書架高度不小于2.5千牛每平米確定;地下室底板設(shè)計時未考慮水浮力或者水浮力考慮不足，導(dǎo)致底板開裂現(xiàn)象常有發(fā)生。

主體結(jié)構(gòu)的自重漏算的情況也偶有發(fā)生，比如新加坡新世紀(jì)酒店坍塌就是未考慮結(jié)構(gòu)自重而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體坍塌。

1.2 超長結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，引起樓板開裂

按照規(guī)范要求，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)類型和不同的使用環(huán)境，結(jié)構(gòu)長度超過20～100m時應(yīng)設(shè)置伸縮縫。隨著社會和建筑業(yè)的發(fā)展，超長結(jié)構(gòu)越來越普遍，如果設(shè)計時未能正確設(shè)計超長結(jié)構(gòu)，混凝土的干縮和結(jié)構(gòu)在溫度變化引起的應(yīng)力過大均會產(chǎn)生較大的裂縫。

1.3 基礎(chǔ)不均勻沉降，引起建筑主體的開裂。

高層建筑下部帶多層裙房的建筑在現(xiàn)在設(shè)計中幾乎每個高層項目都能遇到，主樓處的荷載較裙房處的荷載大很多，基礎(chǔ)設(shè)計時盡管按荷載大小設(shè)計了大小不同的基礎(chǔ)，但是由于主樓基礎(chǔ)荷載遠(yuǎn)大于裙樓基礎(chǔ)荷載，沉降計算時基礎(chǔ)的影響深度往往遠(yuǎn)大于裙房的基礎(chǔ)，主樓基礎(chǔ)的沉降也降遠(yuǎn)大于裙房基礎(chǔ)的沉降，兩側(cè)的沉降差超過建筑材料的變形限值，構(gòu)件就會產(chǎn)生較大裂縫。

面積較大的建筑，地基持力層厚度變化很大的情況也很常見，在基礎(chǔ)荷載相差不大的情況下，相鄰基礎(chǔ)持力層厚度相差較大，相鄰基礎(chǔ)的沉降差也可能導(dǎo)致建筑產(chǎn)生較大裂縫

1.4 施工工況考慮不合理

結(jié)構(gòu)設(shè)計師對于施工的具體步驟往往了解不夠清楚，設(shè)計時考慮的不夠全面。比如地下室頂板設(shè)計時考慮的荷載為覆土重，加上地下室完成后的活荷載，而不會考慮土的回填步驟?，F(xiàn)場施工時一般是先將土堆放在部分區(qū)域，施工管理不規(guī)范時，堆土厚度可能遠(yuǎn)大于設(shè)計的覆土厚度，再將土向旁邊推平，這種情況與設(shè)計考慮的情況完全不同，首先，局部荷載遠(yuǎn)超過了設(shè)計荷載，再次設(shè)計的覆土是按均布荷載考慮，而現(xiàn)場不是均勻布置，不均布的荷載進(jìn)一步引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力變大，梁板裂縫往往無法控制，導(dǎo)致完成后地下室頂板普遍存在漏水情況，更有甚者施工時板頂裂縫無法及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致裂縫進(jìn)一步開展，引起整體坍塌。

1.5 大體積混凝土未采用合適的材料

大體積混凝土由于水化熱總和大，內(nèi)部溫度可高度60～65攝氏度，而混凝土表面的溫度趨于環(huán)境溫度，內(nèi)外溫差引起混凝土的不均勻變形，不均勻變形引起溫度應(yīng)力，應(yīng)力超過一定程度就會形成較大裂縫。選用錯誤的水泥使得裂縫不可控。

2 具體措施

2.1 全面考慮荷載問題

荷載的分類如下：

按照時間變化分為永久荷載和可變荷載，永久荷載指的是隨著時間推移不容易產(chǎn)生變化的荷載，例如結(jié)構(gòu)自重?？勺兒奢d是隨著時間的變化而產(chǎn)生變化的荷載，如建筑物中的人和可移動的物體;

按照作用方式分為動荷載與靜荷載，以火車為例，當(dāng)火車運行時，軌道承受火車開動產(chǎn)生的荷載為動荷載，火車停止運行時，對軌道只產(chǎn)生了火車本身的自重，這種荷載為靜荷載;

按照時間頻率分為偶然荷載和正常作用荷載，偶然荷載是指受自然災(zāi)害所產(chǎn)生荷載，對建筑物的影響巨大，例如地震、超強臺風(fēng)和洪澇;其他情況下的荷載均為正常作用荷載。

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了建筑荷載規(guī)范，從業(yè)者要仔細(xì)研讀荷載規(guī)范，了解各種情況下的荷載，并進(jìn)行市場考察，正確的選用荷載，充分考慮各種情況下的荷載。

2.2 降低溫度影響

設(shè)計是建筑施工的第一道程序，設(shè)計師在設(shè)計圖紙和配置建材時，要對光照、溫度等因素盡可能進(jìn)行全面的考慮。建筑設(shè)計時要遵循簡單、規(guī)則的原則，建筑平面避免出現(xiàn)凹凸不平，降低建筑內(nèi)外部分的溫度差。伸縮縫對超長結(jié)構(gòu)的施工不便，后期維護(hù)要求高，因此設(shè)計時要精細(xì)計算拉應(yīng)力，盡量避開伸縮縫。在合適的區(qū)域內(nèi)合理配置溫度筋，防止因溫差較大而開裂，隨著長度超過規(guī)范要求的程度，配置配筋0.10%～0.3%的溫度鋼筋，間距控制在200mm～150mm以內(nèi)。

2.3 復(fù)核地基沉降計算，設(shè)置后澆帶減小不均勻沉降

不均勻沉降會破壞建筑物結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重情況可引發(fā)建筑塌陷。引起的因素包括地質(zhì)、勘察、設(shè)計、施工以及其他因素。

從設(shè)計方面出發(fā)，除了要保證材料質(zhì)量外，還要合理計算建筑的體積配比，橫墻之間的距離控制在建筑物寬度的1.5倍左右，布置縱橫墻時以連貫為主，直線布置，保證整體性。

受重力和時間的影響，建筑物會向地基產(chǎn)生壓迫力，地基中的水分不斷被向上擠壓，形成地基沉降。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，選用合適材料減少自重應(yīng)力，在主樓與副樓之間設(shè)置后澆帶。當(dāng)主樓自重達(dá)到最大時，地基沉降完成70%以上，此時澆筑后澆帶，能提高建筑強度和整體性。

2.4 合理考慮施工荷載，明確施工步驟

施工荷載為臨時荷載，變化幅度大，往往需要采取臨時措施，根據(jù)工程情況確定，沒有統(tǒng)一的數(shù)值。以地下室頂板作為參照，地下室頂板必須考慮施工荷載，宜控制在5KN/M²以內(nèi);塔樓內(nèi)考慮施工荷載活載取值為7，且不與降板覆土荷載組合。國家施工規(guī)范規(guī)定，正常施工荷載應(yīng)該按照3KN/M²來考慮，當(dāng)?shù)叵率翼敯逵懈餐習(xí)r，設(shè)計也應(yīng)該按照覆土情況考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.5 選用合適的材料和適當(dāng)添加外加劑

建筑材料是保證工程質(zhì)量的根本，材料的成分和性能對工程質(zhì)量的影響不可小覷，因此建筑施工必須全程嚴(yán)格把關(guān)。不同類型的建筑工程對材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)不同，水利工程適合中低熱硅酸鹽水泥，大大減少水化熱總和，內(nèi)外溫差小，避免因為散熱不均勻引起的溫度裂縫，為提高混凝土的質(zhì)量，在保證水泥強度的前提下，加入一定量的減水劑和減膠劑，減少水泥用量和水灰比;在道路施工工作中，選擇承載力大、折強度高、抗開裂、收縮性低的硅鹽酸水泥，終凝時間短，為填充伸縮縫，同時又保證水泥在熱脹冷縮時有空間，在水泥路面中灌入瀝青是被廣泛采用的方法。

3 結(jié)語

建筑裂縫不僅影響了建筑物的美觀，還進(jìn)一步威脅到人民的生命和國家的財產(chǎn)安全，從各個方面來說都應(yīng)該最大化避免裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)。作為國家的重要產(chǎn)業(yè)，建筑行業(yè)需要嚴(yán)格保證建筑質(zhì)量，從根源出發(fā)，環(huán)環(huán)相扣，設(shè)計圖紙要結(jié)合施工地的地質(zhì)、環(huán)境等特殊情況，充分考慮到防縫問題;材料質(zhì)量不得太過低劣，不滿足建筑要求的材料絕不使用;從建筑施工到驗收層層把關(guān)，消除人為引起建筑裂縫的可能，提高建筑質(zhì)量，滿足行業(yè)要求，促進(jìn)建筑行業(yè)登上一個新的臺階。

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作者簡介：劉宏（1980-），男，工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。