探討建筑結構設計中裂縫成因及防治

吳 慶

(蕪湖市華潤規劃建筑設計有限責任公司,安徽 蕪湖 241000)

引言

結構設計是工程建設的首要階段，在建筑結構設計時，如截面不夠，梁的跨度過大、高度偏小，或因設計計算錯誤，受力鋼筋截面偏小或樓板太薄，或由于開洞、留槽引起應力集中，構造處理不當，現澆混凝土主梁上次梁支座處沒有設置附加箍筋或吊筋，或者由于各種結構縫設置不當等因素均易導致混凝土開裂。因此，必須要保證設計的結構具有足夠的強度和強度儲備，而且針對不同的結構應采取相應的抗裂措施，以確保建筑結構設計達到規范要求。

1 建筑結構設計中裂縫的種類及成因

1.1 干縮裂縫

在混凝土地養護工作結束一段時間之后，常會發生干縮裂縫，同樣的情況也可能發生在混凝土澆筑結束7d之后。水泥漿之中水分會發生無法逆轉的干縮現象，其干縮裂縫的產生又會因為水分的蒸發程度而呈現出形態上的差別。

1.2 沉陷裂縫

當結構地基的土質不均勻或者整個填土過程存在瑕疵時，就很有可能會發生沉陷裂縫。當然，模板剛度因素以及模板之間支撐間距的寬窄程度，底部是否松動等也是造成沉陷裂縫現象發生的可能原因，特別是在冬季，凍土隨即融化的特點使得裂縫發生的幾率會大大增加。

1.3 溫度裂縫

大體積的混凝土表面或暴露于較大幅度的溫差環境中的混凝土結構中，常常會發生溫度裂縫。完成澆筑之后，混凝土硬化過程產生大量的水化熱，這部分水化熱使得其內部的溫度急劇升高甚至會到達70℃的高溫。如圖1所示。

2 結構設計中存在的問題

建筑物頂層端部剪應力和溫差之間呈現正比關系，并且與水平阻力系數、材料彈性模量、建筑物的長度等呈現線性關系。在結構設計方面，考慮強度計算與抗震結構的措施較多，而相關措施中用以控制溫度應力的則相對少一些。一般來說，住宅樓的頂層端單元內外縱墻是經常會出現裂縫，如圖1所示。而造成這一問題的最常見也是最主要的原因就是在結構設計時未采取措施或所采取的措施未能取得預期效果。此外，對于磚混房屋來說，其長度一般過長，規范中一般總長度超過50m的應該設置伸縮縫，但實際中盡管部分房屋的長度已經達到了標準，但是常常不會采取應對措施。構造柱是增強建筑物整體性以及強化抗震能力的措施，過去在多數的構造柱設置中，只要注意對抗震規范的遵守，即便有所忽略也不會算做是設計錯誤。

3 建筑結構設計裂縫控制措施

3.1 現澆混凝土樓屋板產生裂縫的措施

設計上重視結構的整體剛度，避免房屋的不均勻沉降造成的內部拉應力以及剪應力；混凝土構件中配筋宜采用較細直徑鋼筋和間距相對較密的方案，同層同方向的鋼筋不能有較大的直徑差異；需要嚴格控制裂縫的，應當采用可強化握裹力的熱軋帶肋鋼筋，樓板的分布筋以及構造筋，出于對握裹力的考慮應該首先考慮采用變形鋼筋，尤其是直徑小的分布筋與構造筋；負彎矩鋼筋應當在端跨內整跨拉通，并延伸過第二支座，讓墻體的變形與樓板變形能夠借助負彎矩鋼筋傳至中跨，協調3個構件在溫度應力作用下的變形；單向板單位長度分布筋不應少于5根，當然溫度變化較大時，宜適當增加；屋面板陽角處若東西山墻位置第一開間板的跨度≥3.6m左右時，要采用雙層雙向鋼筋，且陽角處的鋼筋間距宜控制在150mm以下，跨度為3.6m以上的樓板鋼筋間距宜控制在100mm范圍內，跨度低于3.6m的現澆樓板，其負彎矩鋼筋需要拉通；每層樓屋面板的外墻角處設放射鋼筋，配筋范圍大于板跨1/3，長度至少2m，數量每處不低于7根，鋼筋間距限制在100mm以下。

3.2 鋼纖維混凝土在裂縫控制設計中的應用

對于《混凝土結構設計規范》中對裂縫寬度的規定，經常會遇到驗算時不符合的狀況，這時就需要采取一些構造措施加以調節。比如對截面尺寸、混凝土強度等級以及鋼筋直徑或截面面積的調整等。但是在某些特殊情況下，以上措施往往也會無法滿足其設計要求，甚至于此類措施根本無法實施。這時，可以考慮采用鋼纖維混凝土。

3.3 墻體溫度裂縫在設計中的對策

3.3.1 調整樓房高度

重視樓房高度調解，追求屋面標高一致，錯層的房屋應當在錯層部位設置墻體構造柱。

3.3.2 設置圈梁

這是消除溫度裂縫的最佳方法。圈梁連接構造柱，構成約束墻體的框格，維持墻體的箱型結構，改善砌體受力性能，抵抗裂痕出現。同時，屋面圈梁設置時應當沿著每道墻體完成，避免可能引發應力集中的半圈梁，按規定設置各圈梁。

3.3.3 使用微膨脹混凝土

抵抗溫度裂痕可以借助微膨脹混凝土加以實現。只要這一過程調配合適，結合完善的養護工作，就可以避免出現或減輕屋面溫度裂縫的產生。此外，設計中必須謹慎處理在超長建筑混凝土中微膨脹劑的加入。一般情況下，因為微膨脹劑帶給混凝土較高的離散性，因此往往較難把握微膨脹劑加量與伸縮縫間距之間的關系，使得具體把握時存在著困難，因此在實際中，微膨脹劑的使用需要結合諸如后澆帶或加強帶之類的其他措施，并輔之以合適驗算后才能夠在超出規范的情況下，比較穩妥的實現對伸縮縫間距的加大。

4 結語

綜合上述，裂縫是建筑工程質量通病，裂縫的存在不僅可降低構筑物的安全性，最終還會影響構筑物的承載能力和使用壽命。因此，必須從工程設計、施工、使用及維護等各個環節來確保質量，從而減少裂縫產生。

[1] 劉峰.混凝土結構裂縫成因與防治措施淺析[J].華章，2009（13）：43-45.

[2] 張靜.淺析混凝土產生裂縫的原因及預防和處理[J].才智，2009（28）：45-47.