探討建筑結構混凝土裂縫的成因及控制策略

徐超 浙江耀華規(guī)劃建筑設計有限公司

1 前言

建筑與人們的日常生產(chǎn)生活息息相關，提高建筑的施工質量是建筑行業(yè)永恒的研究課題。在建筑工程結構中，混凝土材料是一種常見的建筑材料，由于該建筑材料的相關特性，如果設計工作出現(xiàn)錯誤，就有可能出現(xiàn)不同程度的開裂。建筑結構對整體安全和穩(wěn)定有非常大的影響。本文從建筑結構設計中產(chǎn)生裂縫的原因進行分析，認為建筑結構設計應抓好設計工作質量，加強對混凝土材料的管控，防范、控制溫度裂縫，優(yōu)化地基不均勻沉降等問題，多措并舉，切實做好建筑結構設計裂縫控制工作。

2 混凝土裂縫成因研究的現(xiàn)實意義

混凝土裂縫問題是備受關注的質量通病，無論是結構設計人員、施工人員、監(jiān)理及業(yè)主都對裂縫控制作為施工質量的一項技術指標。裂縫的產(chǎn)生不僅對結構的可靠性產(chǎn)生重大影響，也會直接影響建筑的美觀及使用功能。如：地下室外墻裂縫會造成地下室墻面滲水，墻面發(fā)霉等。裂縫還會影響混凝土與鋼筋的共同受力模式，混凝土開裂會使鋼筋暴露于空氣或水中，從而腐蝕鋼筋，降低結構構件耐久性，減少結構的使用年限。當裂縫產(chǎn)生時，為了解決裂縫對建筑結構的影響，往往會采取各種補救措施，這個過程也會造成資源和人力的浪費。加強對混凝土裂縫的成因研究，能科學有效的找到混凝土開裂的原因，從而控制混凝土設計和施工過程中裂縫，有效提高建筑結構的安全性、經(jīng)濟性和適用性，更好地實現(xiàn)建筑功能。

3 產(chǎn)生裂縫的原因分析

3.1 壓力因素的影響

壓力因素影響建筑結構的開裂，混凝土結構出現(xiàn)異常收縮是造成裂縫出現(xiàn)的主要原因。主要過程有：塑性、磁化和干燥?；炷两Y構硬化的過程中，會蒸發(fā)大量的水蒸氣，建筑工程會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。但由于基礎樓層的限制，建筑物的收縮受到一定的限制，而且隨著收縮的不斷增加，對支座的約束也會增大，這時，混凝土會發(fā)生開裂的情況。鋸切力集中，使混凝土板產(chǎn)生裂縫，這時候裂縫的位置會出現(xiàn)在混凝土板的中間位置。此外，混凝土結構的不完全凝固也是造成建筑結構出現(xiàn)裂縫的重要因素，因為結構混凝土強度等級未達標。

3.2 溫差引起的裂縫

部分地區(qū)氣候條件相對惡劣，天氣不穩(wěn)定。在天氣狀況不穩(wěn)定的地區(qū)，晝夜溫差很大，會出現(xiàn)炎熱或寒冷的天氣，在溫度變化中混凝土施工質量得不到有效保證，這是因為混凝土開裂與溫度有著非常大的關系。在混凝土振動之前水分就發(fā)生了損失，這使得混凝土無論振動多少次，也不能控制開裂的現(xiàn)象，這是因為混凝土在低溫環(huán)境下容易凍結，在這種情況下，混凝土的黏度也大大降低。

3.3 因施工過程質量而產(chǎn)生的裂縫

施工過程質量造成的裂縫主要由建筑物的澆筑、運輸、裝配組成，如果相應的施工人員在施工過程中粗心大意或相應的施工工序不合理，就會導致混凝土出現(xiàn)各種裂縫，產(chǎn)生裂縫的結果大大影響混凝土的質量。

3.4 收縮引起的裂縫

混凝土在施工過程中由于各種因素問題，在不同程度上導致混凝土收縮，而在收縮過程中會產(chǎn)生大量的裂縫，導致混凝土整體體積逐漸變小。根據(jù)以往的相關施工經(jīng)驗，產(chǎn)生收縮裂縫主要是由于水分蒸發(fā)引起的裂縫及相應的化學收縮裂縫等因素。收縮裂縫常在澆筑和養(yǎng)護工作完成一周左右時間逐漸出現(xiàn)，混凝土變形程度也隨相應因素導致各不相同。

3.5 其他類型裂紋及其成因

不同類型的裂縫及其成因通常與不合適的混凝土材料密切相關。建設單位為追求一定的經(jīng)濟利益，在建筑材料的選擇階段、采購階段違法作業(yè)，在施工階段使用有缺陷的建筑材料。此外，一些建筑出現(xiàn)裂縫是由于建筑施工技術應用不充分，施工質量出現(xiàn)問題時也會出現(xiàn)裂縫。

4 房屋建筑結構裂縫特征及危害

4.1 房屋建筑結構裂縫特征

通過大量的調查研究，得出結論和分析，建筑物的裂縫具有以下特點：①房屋建筑結構大部分裂縫出現(xiàn)在豎向結構中，且與豎向結構的高度有關。通過對裂縫觀察，發(fā)現(xiàn)裂縫通常是中間較寬，并沿建筑結構延伸，裂縫末端無法確定位置。②大多數(shù)建筑物的裂縫寬度在0.3mm 以上。③裂縫主要集中在建筑物墻體的中部，而墻體的端部相對較小。④應注意溫度對結構裂縫的影響，混凝土澆筑后不及時有效的養(yǎng)護是造成建筑物結構裂縫的主要原因。⑤建筑結構中的裂縫如果不及時處理，會不斷發(fā)展擴大，裂縫的數(shù)量和寬度不斷增加，進一步破壞建筑結構。⑥墻體裂縫處可能會出現(xiàn)滲漏，但滲漏并不嚴重。

4.2 房屋建筑結構裂縫的危害

①降低建筑結構的整體強度。建筑結構中的裂縫會影響建筑結構中鋼筋的性能，而建筑結構中出現(xiàn)裂縫后，鋼筋會與空氣接觸并引起腐蝕。鋼筋的腐蝕直接降低其性能，削弱或喪失鋼筋對結構的支撐能力，降低主體結構的強度。該結構具有長期影響，具有很高的安全風險。

②降低建筑結構的剛度。建筑結構出現(xiàn)裂縫后，會沿建筑結構繼續(xù)發(fā)展，破壞程度不斷增加。隨著建筑結構裂縫的發(fā)生和變化，建筑結構的剛度不斷減弱，最終導致建筑結構的變形和破壞，直接影響建筑結構的安全。

③建筑結構的抗剪承載力減弱。建筑結構中的裂縫不僅會降低工程質量，還會影響建筑結構的抗剪承載力。建筑結構的強度和剛度因裂縫而減弱，同時抗剪承載力也降低。

5 建筑結構設計裂縫的解決措施

5.1 控制溫度

溫度對混凝土施工質量的影響，施工隊必須控制溫度變化，避免混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。當然，天氣溫度很難控制，但施工隊應避免在高溫或低溫開展施工?？蛇x擇適合混凝土施工的氣候施工，有效防止混凝土溫度裂縫。如果無法改變溫度條件，在這種特殊情況下，施工隊必須采取適當措施確保項目質量。例如，當高溫天氣持續(xù)時，在混凝土施工期間，必須定期噴水冷卻混凝土建筑現(xiàn)場，使混凝土中的水不會蒸發(fā)，混凝土黏度不會受到太大影響。當天氣寒冷時，可對建筑材料加熱，還必須確?；炷猎谳^低溫度下不會凍結，這可以有效防止混凝土在施工后凍結和開裂。

5.2 混凝土養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)護工作會直接影響混凝土的施工質量，通過監(jiān)督施工團隊能夠及時有效地保護混凝土施工，防止混凝土凝結?？梢栽诨炷潦┕るA段的材料表面覆蓋薄薄的塑料保護膜，可以有效防止溫度對混凝土的影響，還必須定期噴灑混凝土，防止混凝土中水分過多，降低混凝土黏度。此外，在結構設計中加強對混凝土樓板裂縫的控制。在進行混凝土樓板的結構設計過程中，需要設計模板支撐結構的整體剛度，以防止在澆筑階段由于不均勻沉降而引起混凝土內部結構拉應力和剪應力的變化。

在進行建筑結構設計時，陽角、轉角和東西向單元跨結構件的結構需要采用雙向雙層鋼筋，有些角間距做不到。在建筑物跨度超過4m的部分，必須將負彎矩鋼框架分開穿通，并在外墻邊緣安裝放射性鋼筋。每個角的徑向鋼筋不得少于8根，長度要求至少為2.1m。根據(jù)建筑結構的要求，合理控制鋼筋間距，其他樓板的角度要求也可以達到后期的標準。配合徑向鋼筋的厚度，可有效消除裂縫。

5.3 保證結構設計的科學合理性

以往工程實踐中結構裂縫的主要原因是早期結構設計不合理。設計師不按要求去施工現(xiàn)場檢查，對所用材料不夠了解，單方面按照相關標準規(guī)范進行設計。在這種情況下，建筑物的規(guī)模與場地的實際約束條件不匹配，一方面容易影響正常的施工進度，另一方面也容易造成結構質量問題。因此，工程結構設計活動必須盡可能多地收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場檢查和測量，合理設置建筑物的標準剛度體系，需要結合實際情況設計各部分的尺寸。

5.4 結構長度尺寸設計的合理性

相關設計人員在設計時，應注意建筑結構布局的規(guī)律性，避免布局外觀突然變化。如果結構平面存在不平整，結合實際情況，需要在缺口邊緣設計受拉梁，同時對于缺口周圍的樓板加厚處理。在加工缺口的過程中，需要按照相關的規(guī)定和施工要求，調整建筑結構的長度，如果結構長度不符合有關規(guī)定，則應設置后澆帶以減小結構尺寸。一般情況下，后澆帶應設置在1/3跨度的位置，后澆帶寬度應控制在800mm～1000mm 范圍內。膨脹加強帶的寬度宜為2000mm，在加強帶兩側布設致密的網(wǎng)狀絲網(wǎng)，使混凝土與后澆帶外側分離。同時，在建筑結構設計中，結構設計師可以運用整體設計理念。在建筑結構的受力設計中，掌握結構基本受力原理，讓受力分析以及受力圖能夠保持一致性。同時綜合考慮強度、剛度以及穩(wěn)定性。例如，在對30層的辦公樓結構設計時，設計師可以通過加大構件的截面及配筋，以增強結構抵抗變形及構件內力的能力，使構件在外力干擾下保持原有平衡，從而調節(jié)建筑結構的受力平衡，防止因受力不平衡而產(chǎn)生較深的裂縫。

5.5 控制工程施工質量

建筑混凝土的施工質量控制直接關系到建筑的安全穩(wěn)定。因此，在施工過程中，施工單位必須切實提高混凝土施工技術水平，施工人員必須嚴格執(zhí)行相關施工標準。在混凝土澆筑的過程中，應充分考慮施工環(huán)境的影響，在高溫環(huán)境下施工時，須采用分層澆筑施工，并使用散熱功能，有效降低混凝土溫度，改善外界環(huán)境高溫的不利影響。還可以選擇埋設水管進行物理冷卻，這樣可以改善建筑物的混凝土結構，既保證了混凝土結構的施工溫度，又可以鎖住混凝土中的水分和提高混凝土結構的抗裂性。在混凝土材料澆筑過程中，施工人員應充分考慮鋼筋混凝土結構的施工位置，確保鋼筋混凝土結構不受混凝土澆筑工作的干擾，有效保證穩(wěn)定性。

保持整個建筑的混凝土結構強度。例如，在建筑物的混凝土結構中，梁體與建筑物樓板之間的混凝土材料的強度應盡可能保持相等，混凝土強度應與建筑物強度相同。墻和柱混凝土材料。如果建筑物的梁、柱、墻的混凝土等級超過樓板混凝土強度，需要有效調整節(jié)點核心區(qū)的混凝土強度，以提高承載力和抗裂性。如有必要，為了防止接頭出現(xiàn)裂縫，需要通過校核計算，根據(jù)計算結果，確認是否增加接頭的配筋以增加抗裂性能。

5.6 加強混凝土結構設計

為了控制施工過程中的結構開裂，首先要加強混凝土的結構設計。許多建設項目都沒有對混凝土結構設計進行完善的分析。根據(jù)調查顯示，大多數(shù)混凝土仍存在質量問題。因此，對于混凝土的結構設計，相關工作人員要拿出合理的設計方案，要重視加強結構設計，通過增加混凝土用量進一步推進設計工作。特別是與其他建筑材料相比，需要考慮混凝土整體熱收縮的化學性質以及在混合過程中發(fā)生的化學反應。同時，要科學進行混凝土的合理配比，使混凝土在一定程度上達到最穩(wěn)定的狀態(tài)。在混凝土結構設計過程中，還要考慮混凝土對外界環(huán)境的溫度、設備的使用等各個方面的影響。

當然，在設計過程中，還要堅持實用、合理的設計原則，最大限度地發(fā)揮混凝土在整個建設工程中的作用。因此，在設計混凝土結構時，有關部門應更加重視本領域相關工作者的工作，建設項目負責人應提高本領域的專業(yè)能力。

5.7 加強混凝土原材料質量控制

要想解決混凝土裂縫問題，還須從混凝土原材料的質量控制入手。從某種意義上說，混凝土的采購一定要正規(guī)，同時加強原材料的質檢過程，做好相關檢驗材料的登記及備案，以便產(chǎn)生混凝土質量時，可以從混凝土供應的源頭追溯原因。此外，在混凝土材料的運輸及儲存過程中，需采取合理、適當?shù)谋Ｕ洗胧?，以免環(huán)境中各類因素影響材料的力學及化學性能。

5.8 提高建筑結構設計人員整體素質

對于整個建設工程，建筑結構設計人員在設計圖紙時應明確施工過程的注意事項和圖解，為制定施工方案提供前提條件。由于建筑物的施工計劃是人決定的，施工人員的整體素質水平的高低與工程的施工質量是相互影響的。結構設計師素質的高低可以有效指導和解決施工現(xiàn)場出現(xiàn)的各種問題，例如：高水平的結構設計師可以預見施工過程中出現(xiàn)的問題，能準確把控施工過程中難點，提前為施工單位提供合理的施工建議及處理措施。此外，在建筑施工過程中，高素質的結構設計人員會定期評估和溝通施工人員及工藝，及時了解他們的問題與想法，為以后的設計項目整理經(jīng)驗。

6 結束語

總體而言，對于當前施工過程中出現(xiàn)的混凝土開裂問題，無論是設計人員還是施工人員都需要重視解決這一問題。雖然行業(yè)內對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因的研究也越來越多，但是裂縫產(chǎn)生的原因十分復雜，迄今為止都沒有成套的措施能夠完全解決混凝土開裂問題。因此，只能依靠設計人員及施工人員的不斷努力，力求將混凝土的裂縫控制在合理的范圍內，才能確保建筑結構的經(jīng)濟性及可靠性。