建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫成因及控制措施探析

郭金成

近些年來(lái)隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化步伐的加快，建筑工程的數(shù)量越來(lái)越多，規(guī)模也變得越來(lái)越大，建筑工程具有規(guī)模大、工期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，因此工程質(zhì)量問(wèn)題也變得愈發(fā)突出，其中結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題是建筑工程中的常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)建筑物的安全性和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重威脅。建筑物出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系密切。因此，為了能夠有效控制裂縫問(wèn)題，需要加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究。設(shè)計(jì)人員、施工人員需要加強(qiáng)對(duì)裂縫問(wèn)題的重視，結(jié)合工程實(shí)際制定有效的控制措施，為建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供保障，推動(dòng)建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫成因

1.地基變形

地基變形是導(dǎo)致建筑工程出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫的主要因素，地基變形所導(dǎo)致的裂縫也是工程中十分常見(jiàn)的裂縫形式，如圖1所示，具有一定的特殊性，因?yàn)樵擃惲芽p發(fā)展較快，能夠形成多種類型，因此控制與處理的難度較大。導(dǎo)致該類裂縫產(chǎn)生的主要原因是未在工程前期準(zhǔn)備階段做好勘察工作，缺乏對(duì)相關(guān)因素的考慮，所獲取數(shù)據(jù)存在一定的誤差，難以全面掌握土質(zhì)結(jié)構(gòu)承載力，在后續(xù)施工階段極易導(dǎo)致地基變形，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。

圖1 地基變形導(dǎo)致裂縫

2.溫差過(guò)大

在建筑工程施工階段，所使用大體積混凝土?xí)a(chǎn)生大量水熱化等問(wèn)題，極易導(dǎo)致溫度變化裂縫形成，溫度變化裂縫也是十分常見(jiàn)的一種裂縫類型。多數(shù)建筑均由混凝土與砌體構(gòu)成，澆筑硬化階段極易受到水化熱等外界環(huán)境因素影響，短時(shí)間內(nèi)混凝土溫度顯著提升，而砌體溫度并未發(fā)生變化，受到溫差的影響導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。目前相關(guān)規(guī)范對(duì)混凝土的線性膨脹系數(shù)作出明確規(guī)定，如果混凝土內(nèi)外溫差較大便會(huì)形成壓應(yīng)力與拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土自身抗壓極限變化導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

3.收縮裂縫

收縮裂縫也是一種十分常見(jiàn)的混凝土裂縫，主要包括：（1）膠凝裂縫。對(duì)其成因進(jìn)行分析，水泥在凝固階段會(huì)發(fā)生固化，導(dǎo)致水泥膠體體積縮小，混凝土存在自主收縮的情況，該現(xiàn)象存在于水泥固化全過(guò)程，極易導(dǎo)致裂縫問(wèn)題。（2）干燥裂縫。對(duì)其成因進(jìn)行分析，在混凝土振搗階段，混凝土內(nèi)部游離水大量溢出，在混凝土表面形成收縮，隨著混凝土靜止時(shí)間的增加，游離水不斷揮發(fā)，導(dǎo)致混凝土表層收縮，自身體積不斷減少，振搗后多存在泥土離析情況，混凝土表層收縮速度較快，進(jìn)而導(dǎo)致干燥裂縫。如圖2所示。（3）碳化收縮裂縫。因?yàn)榛炷林泻卸趸?，與氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成碳酸鈣會(huì)導(dǎo)致混凝土體積變小，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫形成。

圖2 混凝土干燥裂縫

二、建筑結(jié)構(gòu)裂縫的危害

建筑結(jié)構(gòu)裂縫對(duì)建筑的功能及耐久度有直接影響，如果未采取及時(shí)有效的控制措施，極易導(dǎo)致裂縫隨著時(shí)間的發(fā)展不斷加重，對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。建筑結(jié)構(gòu)裂縫的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.影響建筑的性能

如果建筑中結(jié)構(gòu)外墻與底板、頂板出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，多數(shù)情況下會(huì)導(dǎo)致建筑出現(xiàn)漏水、滲水等不良現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致室內(nèi)積水問(wèn)題嚴(yán)重，墻體發(fā)生霉變情況，對(duì)建筑的使用性能造成不利影響。該情況在日常生活中十分常見(jiàn)，同時(shí)對(duì)其全面、有效處理的難度較大。

2.影響建筑的耐久性

如果建筑中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，特別是與外界環(huán)境直接接觸的表面部位發(fā)生裂縫問(wèn)題，多數(shù)情況下會(huì)導(dǎo)致混凝土中的鋼筋受到腐蝕，對(duì)鋼筋及混凝土的穩(wěn)定性造成不利影響，同時(shí)鋼筋的截面縮小，從而影響對(duì)鋼筋混凝土的使用壽命。

3.影響建筑強(qiáng)度與安全性

如果未及時(shí)處理裂縫問(wèn)題，隨著時(shí)間的推移，裂縫問(wèn)題會(huì)變得愈發(fā)嚴(yán)重，特別是對(duì)具有一定穿透性和深度的裂縫來(lái)說(shuō)，會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度以及抗剪、抗拉強(qiáng)度造成嚴(yán)重的影響，同時(shí)因?yàn)榘l(fā)生裂縫問(wèn)題，整體結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，原來(lái)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)受力與傳輸模式發(fā)生變化，從而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安全性造成不利影響。另外，如果出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，水分可能會(huì)順沿裂縫進(jìn)入建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步的破壞，最常見(jiàn)的問(wèn)題為鋼筋結(jié)構(gòu)腐蝕。如果鋼筋結(jié)構(gòu)生銹、腐蝕，必然會(huì)對(duì)其承載能力造成影響，導(dǎo)致建筑的強(qiáng)度下降。

4.影響建筑的抗剪能力

為了保證建筑結(jié)構(gòu)具備良好的抗剪能力，需要得到截面的支撐，但是如果發(fā)生裂縫問(wèn)題，導(dǎo)致截面出現(xiàn)裂縫，支撐抗剪能力的截面面積明顯縮小，因此影響工程的整體結(jié)構(gòu)，必然會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗剪能力造成不良影響。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的控制措施

1.提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平

科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是控制裂縫問(wèn)題的關(guān)鍵，科學(xué)合理不僅體現(xiàn)在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)也包括施工設(shè)計(jì)的合理性，因此需要全面分析工程資料信息，明確安全控制要點(diǎn)，進(jìn)行精準(zhǔn)定位，制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，最大程度減少安全隱患的發(fā)生。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作需要從以下方面入手，以加強(qiáng)對(duì)裂縫問(wèn)題的控制：

首先需要制定科學(xué)合理的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。施工前，工作人員需要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面勘察，全面收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，確保設(shè)計(jì)方案、圖紙與建筑結(jié)構(gòu)體系規(guī)范要求相符。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前需要認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)承受荷載及作用的大小情況，同時(shí)認(rèn)真計(jì)算溫度變化情況，掌握混凝土材料的后期變化規(guī)律及特征。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，合理選擇約束機(jī)制，有效釋放與抵抗混凝土的溫度應(yīng)力。同時(shí)需要堅(jiān)持整體性原則，確保建筑結(jié)構(gòu)具備良好的受力性能，充分結(jié)合基本受力原理，保證受力圖與受力分析保持一致。對(duì)高層建筑而言，需要進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)抗變形能力及抗荷載能力，選擇合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸，保證整體結(jié)構(gòu)的平衡性與穩(wěn)定性，避免發(fā)生裂縫問(wèn)題。

其次需要提高混凝土設(shè)計(jì)水平。混凝土是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫的主要因素，為了加強(qiáng)對(duì)裂縫問(wèn)題的控制，提高混凝土設(shè)計(jì)水平十分重要。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段明確混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，如果等級(jí)較高會(huì)導(dǎo)致水泥用量增加，凝固階段產(chǎn)生水化熱，極易導(dǎo)致裂縫問(wèn)題；而強(qiáng)度較低會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的抗壓性能，也存在裂縫發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。另外，混凝土坍落度也是需要重點(diǎn)考慮的因素，坍落度過(guò)大易導(dǎo)致澆筑時(shí)發(fā)生離析，過(guò)小易導(dǎo)致混凝土密實(shí)效果不理想，均可能導(dǎo)致裂縫問(wèn)題。因此需要認(rèn)真考慮相關(guān)問(wèn)題，合理控制相關(guān)參數(shù)，最大程度避免裂縫問(wèn)題。另外，抗?jié)B混凝土在施工階段較為常用，外加劑的應(yīng)用有助于減少裂縫問(wèn)題，同時(shí)，合理設(shè)置構(gòu)造鋼筋也是控制裂縫問(wèn)題的主要手段。對(duì)混凝土設(shè)計(jì)而言，還需要認(rèn)真考慮鋼筋因素，需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范合理配置鋼筋。因此設(shè)計(jì)人員需要充分掌握各類構(gòu)件的構(gòu)造配筋方式，提高應(yīng)用水平。在施工階段，盡量采用強(qiáng)度較高的鋼筋構(gòu)件，避免混凝土發(fā)生開(kāi)裂問(wèn)題，同時(shí)針對(duì)地基變形、沉降導(dǎo)致的裂縫問(wèn)題，需要全面考慮鋼筋設(shè)置，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

最后，提高預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)水平。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要認(rèn)真考慮關(guān)鍵因素，如幾何結(jié)構(gòu)、鋼筋等因素，完善設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料用量的同時(shí)減少結(jié)構(gòu)自重的目標(biāo)。施工階段需要加強(qiáng)對(duì)建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方案達(dá)到節(jié)約鋼筋用量，減少結(jié)構(gòu)自重的目標(biāo)。同時(shí)對(duì)地下部位來(lái)說(shuō)，需要設(shè)置后澆帶，主要設(shè)置在距離梁和地板的1/3位置，對(duì)后澆帶寬度進(jìn)行合理控制，保持在800～1000mm之間。

2.做好材料選擇及質(zhì)量控制工作

對(duì)裂縫進(jìn)行控制的過(guò)程中，需要合理選擇材料，避免使用質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的材料對(duì)控制效果造成影響。首先，需要全面審核材料供應(yīng)商資質(zhì)，保證其具備良好的資質(zhì)，同時(shí)在合同中詳細(xì)規(guī)定責(zé)任追究細(xì)節(jié)，提高材料質(zhì)量控制水平。其次，在材料入場(chǎng)前，工作人員需要對(duì)其進(jìn)行再次檢測(cè)，多采用抽樣檢測(cè)方式，確保其質(zhì)量與性能滿足施工要求。在材料檢測(cè)階段，需要加強(qiáng)對(duì)水泥這一混凝土澆筑材料的重視，嚴(yán)格檢測(cè)，認(rèn)真核驗(yàn)相關(guān)檢驗(yàn)報(bào)告，保證其質(zhì)量達(dá)標(biāo)，同時(shí)對(duì)其成分進(jìn)行抽樣檢測(cè)，避免含有硅酸鹽成分水泥入場(chǎng)。對(duì)砂石材料而言，需要結(jié)合水泥情況進(jìn)行合理選擇，結(jié)合水泥劑量明確比例，提高配比質(zhì)量，避免裂縫發(fā)生。

3.溫度變化裂縫的控制措施

溫度變化裂縫是建筑常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，工作人員可以從以下兩個(gè)方面著手加強(qiáng)對(duì)裂縫問(wèn)題的控制。首先，以預(yù)防為主，加強(qiáng)對(duì)施工全程的控制，全面落實(shí)管控工作。在施工管理階段，結(jié)合工程實(shí)際要求，合理選擇保溫層材料，通過(guò)減少溫差避免裂縫出現(xiàn)。例如外圍環(huán)境溫度較高，可以在結(jié)構(gòu)表面設(shè)置冷卻管；如果外圍環(huán)境溫度較低，可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行遮蓋處理。其次，施工控制。施工過(guò)程中混凝土的凝固時(shí)間較長(zhǎng)，所以需要盡量采用低水熱化的水泥，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)溫度采取合理的攪拌措施，避免溫差裂縫產(chǎn)生。

4.加強(qiáng)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的控制

為了有效提高砌體結(jié)構(gòu)的承載力與壓力強(qiáng)度，工作人員在工程規(guī)劃初期階段，需要根據(jù)承載力學(xué)測(cè)量原理對(duì)砌體結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行模擬測(cè)量試驗(yàn)，構(gòu)建一個(gè)小型測(cè)量模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)承載力學(xué)與傳導(dǎo)強(qiáng)度方位的準(zhǔn)確測(cè)量。圖3為建筑砌體結(jié)構(gòu)示意圖。在測(cè)量階段，工作人員需要認(rèn)真考慮建筑砌體支撐位置的壓力負(fù)載與承載性能。對(duì)建筑圓梁和砌體構(gòu)造柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要結(jié)合其特點(diǎn)合理控制受力面積，避免砌體發(fā)生裂縫問(wèn)題。

圖3 建筑砌體結(jié)構(gòu)示意圖

5.做好養(yǎng)護(hù)工作

做好養(yǎng)護(hù)工作對(duì)于控制裂縫問(wèn)題來(lái)說(shuō)具有重要意義，工作人員需要加以重視。養(yǎng)護(hù)可以選擇蒸汽養(yǎng)護(hù)手段，將混凝土構(gòu)件放置在蒸汽和空氣飽和的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，達(dá)到快速硬化的目的。采用該養(yǎng)護(hù)方式時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)時(shí)間、溫度、濕度的控制，室內(nèi)外溫差盡量不要超過(guò)20%，可以采用分階段的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土裂縫問(wèn)題的有效控制。另外，也可以采用自然養(yǎng)護(hù)方式，在常溫狀態(tài)下對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間約14d，如果在雨雪天氣，需要對(duì)混凝土表面采取防護(hù)措施，避免室內(nèi)外溫差過(guò)大。

綜上所述，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)裂縫的因素較大，工作人員需要加以重視，全面分析裂縫成因，在此基礎(chǔ)上制定有效的控制措施，為工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性提供保障。