房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制對策探析

王敏

（鄄城縣規(guī)劃建筑設(shè)計院，山東 菏澤 274000）

1 引言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)澆混凝土施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用在建筑領(lǐng)域中。但受多種因素影響，房屋建筑中現(xiàn)澆混凝土裂縫的風(fēng)險增加，要求設(shè)計人員在考慮建筑物美觀、空間利用率的前提下，完善房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，預(yù)防現(xiàn)澆混凝土裂縫風(fēng)險，保障房屋建筑工程的整體建筑質(zhì)量。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循GB 55008—2021《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》中的相關(guān)要求，從混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、預(yù)應(yīng)力混凝土樓板結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、混凝土最低強(qiáng)度等級設(shè)計等方面入手，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，使設(shè)計方案中的各項(xiàng)參數(shù)符合規(guī)范要求。比如，當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)為高度小于10 m且不超過3層的混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)時，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻中鋼筋的配筋率應(yīng)適當(dāng)降低，但需要大于0.15%。需要注意的是，基于現(xiàn)澆混凝土施工工藝，房屋在后期使用過程中可能存在混凝土裂縫風(fēng)險，所以，為有效控制現(xiàn)澆混凝土裂縫，設(shè)計方應(yīng)從房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，嘗試通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計防范混凝土裂縫風(fēng)險。

3 現(xiàn)澆混凝土裂縫類型

3.1 應(yīng)力裂縫

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，建筑物內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)會在應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂縫問題。對于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，溫度、環(huán)境都會改變混凝土結(jié)構(gòu)所承受的應(yīng)力，繼而出現(xiàn)應(yīng)力裂縫。應(yīng)力裂縫是現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的常見裂縫類型，其產(chǎn)生的原理是現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)水分會逐漸流失，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮，而混凝土結(jié)構(gòu)的伸縮量有限，當(dāng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸和伸縮量的差異超出一定范圍后，會產(chǎn)生應(yīng)力裂縫[1]。

3.2 結(jié)構(gòu)裂縫

房屋建筑結(jié)構(gòu)體系中受力薄弱部位會出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險較大，尤其是現(xiàn)澆樓板區(qū)域，結(jié)構(gòu)裂縫非常多見。結(jié)構(gòu)裂縫不僅會改變削弱該區(qū)域的剛度，還會導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)中部分結(jié)構(gòu)體系應(yīng)力過于集中，產(chǎn)生斜向裂縫、板面裂縫等問題。

3.3 塑性裂縫

房屋建筑現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中，設(shè)計人員在增設(shè)大量鋼筋結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)所需的骨料后，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的垂直、水平收縮量會產(chǎn)生變化，而現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)收縮量的變化速度產(chǎn)生較大差異后，會誘發(fā)塑性裂縫問題。相較于其他現(xiàn)澆混凝土裂縫，塑性裂縫深度大、危害性較強(qiáng)，可直接改變房屋建筑物的受力情況，影響房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

4 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中導(dǎo)致現(xiàn)澆混凝土裂縫的原因

4.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，地基結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)不合理時，建筑物會伴有不均勻沉降風(fēng)險，導(dǎo)致樓板區(qū)域的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)開裂，甚至引發(fā)更為嚴(yán)重的墻體裂縫。若設(shè)計人員僅考慮結(jié)構(gòu)荷載、構(gòu)件尺寸等設(shè)計參數(shù)，忽視了裂縫誘因，會導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度驗(yàn)算偏差較大，數(shù)據(jù)沒有可參考性[2]。

4.2 設(shè)計中鋼筋配置不合理

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未考慮裂縫，造成配筋較少，同樣會引起現(xiàn)澆混凝土裂縫。比如，在設(shè)計房屋建筑樓板結(jié)構(gòu)時，樓板、墻板中鋼筋配置量過少，或所選用的鋼筋規(guī)格不合理，以及結(jié)構(gòu)體系中鋼筋距離過大，都會引起構(gòu)件裂縫問題。

4.3 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計不科學(xué)

對于現(xiàn)澆混凝土房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中各項(xiàng)設(shè)計參數(shù)控制不合理時，依然會導(dǎo)致現(xiàn)澆混凝土裂縫風(fēng)險加劇。

1）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，部分設(shè)計人員可能會忽視溫度應(yīng)力對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，使現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)在周圍溫度改變后，結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)較大的應(yīng)力變化，從而使混凝土結(jié)構(gòu)在內(nèi)外部應(yīng)力作用下出現(xiàn)開裂。

2）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)號過大、過小時會直接改變混凝土現(xiàn)澆時的施工參數(shù)，使混凝土結(jié)構(gòu)抗裂強(qiáng)度受損，裂縫風(fēng)險增加。

5 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制對策

5.1 優(yōu)化房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計

1）房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)規(guī)范地對建筑平面進(jìn)行設(shè)計，若平面結(jié)構(gòu)中存在凹口，設(shè)計人員應(yīng)在平面處布設(shè)拉梁，并在地基結(jié)構(gòu)上方的樓板銜接區(qū)域增加配筋，使其與地基結(jié)構(gòu)相互貫通、共同承擔(dān)建筑物的應(yīng)力。

2）設(shè)計人員還應(yīng)按照房屋建筑的設(shè)計規(guī)范控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸。若房屋長度超出標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計值，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，增設(shè)后澆帶，后澆帶間距宜為30 cm。設(shè)計后澆帶時，設(shè)計人員還可用該結(jié)構(gòu)分離房屋建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并連續(xù)配置鋼筋構(gòu)件，通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中配筋量的增加以及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的貫通性，預(yù)防現(xiàn)澆混凝土裂縫。

3）設(shè)計人員驗(yàn)算房屋建筑設(shè)計方案中最大裂縫寬度時，還應(yīng)考慮工藝設(shè)計對裂縫風(fēng)險的影響。同時根據(jù)房屋建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計和功能要求，準(zhǔn)確計算各區(qū)域基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力條件與荷載能力，更科學(xué)地確定設(shè)計參數(shù)，從而減少現(xiàn)澆混凝土裂縫問題。

5.2 合理控制混凝土結(jié)構(gòu)配筋率

控制混凝土結(jié)構(gòu)配筋率需注意以下幾點(diǎn)：

1）按照房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求，設(shè)計人員可準(zhǔn)確評估其耐久性，針對性地分析房屋結(jié)構(gòu)中混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況，排查應(yīng)力過于集中的區(qū)域。對于應(yīng)力過于集中的結(jié)構(gòu)，應(yīng)提高配筋率。

2）設(shè)計房屋建筑結(jié)構(gòu)時，對于部分存在強(qiáng)約束的結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員應(yīng)提前預(yù)留變形余地，通過改變配筋量、設(shè)計伸縮量的方式減少現(xiàn)澆混凝土裂縫。

3）對于房屋建筑中梁結(jié)構(gòu)、樓板結(jié)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計人員可基于GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（2015年版）控制配筋率。設(shè)計建筑樓板結(jié)構(gòu)時，應(yīng)選用直徑小的鋼筋，且樓板中鋼筋間距應(yīng)適當(dāng)縮小，可降低建筑構(gòu)件使用后出現(xiàn)裂縫的概率，使建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造配筋、受力配筋更為合理，對加強(qiáng)現(xiàn)澆混凝土裂縫控制意義重大。

除此之外，房屋屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，針對部分無負(fù)彎矩鋼筋的結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員可通過雙層雙向配筋的方式避免板面結(jié)構(gòu)收縮量被雙向約束，有利于預(yù)防房屋建筑板面結(jié)構(gòu)中的貫穿裂縫。

5.3 重視環(huán)境對現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的影響

環(huán)境是造成房屋建筑現(xiàn)澆混凝土裂縫的重要因素，所以，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，設(shè)計人員應(yīng)重視環(huán)境對現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的影響，通過有效的設(shè)計方案控制環(huán)境因素。環(huán)境因素中，風(fēng)力參數(shù)、溫度都會使現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各類裂縫問題，設(shè)計人員在設(shè)計現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)時，需要提前平衡好房屋建筑結(jié)構(gòu)中內(nèi)外部環(huán)境、混凝土結(jié)構(gòu)澆筑的關(guān)系。比如，設(shè)計人員應(yīng)考慮混凝土結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的水熱化現(xiàn)象，將溫度變化等設(shè)計參數(shù)融入混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，同時要求施工人員在現(xiàn)澆施工中重視環(huán)境溫差的控制，避免因溫差而引起裂縫。

5.4 細(xì)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計人員在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還應(yīng)按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范控制現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的厚度。例如，對于民用建筑，現(xiàn)澆板厚度應(yīng)不小于10 cm，且建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不同區(qū)域的構(gòu)件厚度設(shè)計要求會存在較大區(qū)別。

在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員還應(yīng)細(xì)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合房屋建筑的實(shí)際情況分別增強(qiáng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的荷載承載力。以現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)為例，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為預(yù)防剪力墻區(qū)域出現(xiàn)裂縫，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合剪力墻洞口尺寸適當(dāng)?shù)卦黾优浣?，用不同方向的配筋對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

5.5 完善現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級和耐久性對完善現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要。

1）設(shè)計人員應(yīng)科學(xué)確定房屋建筑結(jié)構(gòu)中的混凝土等級。比如，設(shè)計現(xiàn)澆板時，若部分結(jié)構(gòu)平面尺寸大，應(yīng)選擇強(qiáng)度等級低于C30的混凝土，且現(xiàn)澆混凝土梁結(jié)構(gòu)、板結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級應(yīng)該保持一致。若剪力墻結(jié)構(gòu)、柱結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級較高時，應(yīng)確保房屋建筑結(jié)構(gòu)中核心結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級與墻柱結(jié)構(gòu)相同[3]。

2）設(shè)計環(huán)節(jié)中，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會在凍融循環(huán)開裂、堿-骨料反應(yīng)等因素的影響下出現(xiàn)裂縫。出現(xiàn)裂縫后，房屋周圍環(huán)境中的Cl-、SO42-會直接損傷結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使鋼筋銹蝕、混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能受損，房屋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性減弱。因此，設(shè)計人員在設(shè)計現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)時，還應(yīng)提高混凝土結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能，從而減少裂縫的產(chǎn)生。設(shè)計人員可通過在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)外設(shè)置隔離層的方式改變現(xiàn)澆混凝土外部結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，降低裂縫風(fēng)險。

6 結(jié)語

綜上所述，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑物設(shè)計環(huán)節(jié)的核心工作，為有效控制房屋建筑中的現(xiàn)澆混凝土裂縫問題，設(shè)計人員應(yīng)深入分析現(xiàn)澆混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，并根據(jù)具體的原因從設(shè)計角度給出相應(yīng)的解決措施。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要通過科學(xué)選用混凝土材料，控制混凝土構(gòu)件厚度，提高建筑結(jié)構(gòu)配筋率的方式，預(yù)防現(xiàn)澆混凝土裂縫風(fēng)險，設(shè)計出更可靠的房屋建筑結(jié)構(gòu)方案。