建筑工程結構設計中的裂縫問題分析

張華鋒

摘要：混凝土的結構裂縫是混凝土工程建設中經常會遇到的問題，這種現(xiàn)象的發(fā)生不但使得建筑物抗?jié)B能力急劇下降，同時也嚴重影響建筑物后期的正常使用，并且會導致鋼筋銹蝕和混凝土碳化等現(xiàn)象的發(fā)生， 使得材料耐久性急劇下降，對建筑物承載能力造成嚴重影響。文章將重點介紹建筑工程結構設計中的裂縫問題分析，以供同行參考。

關鍵詞：建筑工程，結構設計，裂縫問題

中圖分類號： TU198文獻標識碼： A

前言

裂縫的出現(xiàn)對建筑結構整體使用性能有著極其嚴重的影響。所以，從業(yè)人員必須施工前要充分考慮所有引起混凝土的結構裂縫方方面面， 從實踐過程中找出問題，并致力于尋求問題的解決方式，預防混凝土結構裂縫的出現(xiàn)。對施工后，出現(xiàn)的裂縫問題，采取各種有效補救措施，確保混凝土的結構穩(wěn)定、安全。

1.建筑工程結構設計中裂縫的主要成因

1.1 塑性變形引起的裂縫

由塑性變形造成的混凝土裂縫一般出現(xiàn)在硬化前，這是因為混凝土在硬化前一直處于塑性狀態(tài)，而上部建筑的均勻沉降會受到一定限制，導致結構產生裂縫。在混凝土結構建筑物中，如果混凝土的表面積增大或者鋼筋直徑過大、骨料粒徑過大，都會使得混凝土水平方向的收縮比垂直方向的收縮困難，進而造成混凝土不規(guī)則裂縫，此類裂縫相互之間的間距在 0.3~1.0mm 范圍內，表現(xiàn)形式為相互平行，并且裂縫本身都會存在一定深度。

1.2 結構裂縫

隨著現(xiàn)代建筑工程施工工藝及水平的提升，現(xiàn)澆樓板已逐漸取代預制多孔板，現(xiàn)澆樓板的樓面優(yōu)點在于其承載能力一般都能滿足設計強度的要求而且整體性較好。 但若用現(xiàn)澆樓板代替預制多孔板時，會增大樓板的剛度，造成原有墻體的相對剛度的降低，從而有可能導致在墻體剛度較薄弱的部位或者一些墻體的截面突變部位產生裂縫。例如墻角是應力較為集中的位置，就比較容易出現(xiàn)裂縫。

1.3 應力裂縫

此類裂縫的形成主要是由混凝土結構的徐變收縮造成的，其中結構的自身收縮、塑性收縮、碳化收縮以及干燥收縮是比較常見的幾種裂縫形式。在建筑物的混凝土澆筑完成后，在其收縮硬化的過程中，會因其內部水分的持續(xù)蒸發(fā)，導致混凝土自身的體積不斷減小，進而產生收縮，在混凝土的收縮過程中由于支座對其的約束力，限制了其自由伸展。隨著約束力的逐漸加大，勢必會造成現(xiàn)澆混凝土板產生裂縫，裂縫的位置一般位于應力比較集中的部位。 另外，如果在混凝土強度還未達到一定值時就提前拆模或者混凝土尚未完全固結時就在其上施加荷載，均會造成混凝土結構產生裂縫。

1.4 溫度應力造成的裂縫

此類裂縫的形成主要是由于混凝土澆筑完成后，難以將聚積于混凝土內部的水泥水化熱散發(fā)出去，混凝土內部溫度相對較高，而混凝土外表由于與外界接觸，其表面溫度會因外界環(huán)境的影響熱量散發(fā)較快，從而導致混凝土內外部分的溫差較大，造成混凝土表面產生拉應力，而內部則出現(xiàn)壓應力。 而混凝土由于剛完成澆筑不久，齡期較短，其抗拉強度不足， 從而造成表面拉應力大于混凝土自身極限抗拉強度，在混凝土表面出現(xiàn)溫度裂縫。

工程實例

2.1超長地下室200米寬，層高3.3米，2層地下室。地下室側壁350厚，C35混凝土，加了微膨脹混凝土添加劑。施工完后發(fā)現(xiàn)有豎直裂縫，有規(guī)律，每隔3米一條，都較長,有些達到2米，只有室內有，室外無。經復核，原側壁鋼筋可以滿足受力要求，經調查，原因是施工結束后養(yǎng)護不到位，地下室外側壁有按要求淋水養(yǎng)護，但地下室內側由于養(yǎng)護困難（豎直支撐沒拆），故缺少養(yǎng)護，后期嚴格要求養(yǎng)護后，裂縫不再出現(xiàn)。如圖1

圖1

2.2單層框架結構廠房，8米跨，6米寬的窗，預制樁基礎，地坪下有淤泥層，進行過換填2米。施工完成后，在窗底角出現(xiàn)斜裂縫，窗角上沒有。經分析，原因是地坪做的200厚混凝土板壓到基礎梁，地坪沉降大于基礎，導致基礎梁荷載超過之前設計值，故采取措施，在基礎梁邊切開地坪，填補裂縫后，不再出現(xiàn)裂縫。如圖2

圖2

3.建筑工程結構設計中的裂縫控制措施

3.1 合理設計結構尺寸及選材

由于建筑材料變形的差異及自身的溫差都會造成混凝土結構的開裂，特別在結構尺寸較大時，結構因材料變形及溫差所造成的應力就會隨之增大，極易在建筑的樓板與墻體中產生橫向裂縫。 通過統(tǒng)計分析，結構所受應力與長度呈非線性相關關系，因此，在進行結構設計時一定要確保結構尺寸合理，在結構設計時選用合理的布置方案使結構在實際工作中能實現(xiàn)整體性較好的同時剛度分配合理結構構件受力明確， 在計算配筋過程中要嚴格按照國家相關設計規(guī)范進行設計，從而減少或避免出現(xiàn)結構裂縫。在設計施工中盡量選擇使用變形差異接近的材料，從而有效的抑制了應材料自身變形而造成的結構裂縫。

3.2 現(xiàn)澆混凝土樓板裂縫的控制措施

（1）在結構設計時必須保證混凝土結構的整體剛度滿足規(guī)范要求 ，以免結構的不均勻沉降造成在混凝土結構內部出現(xiàn)拉應力及剪應力，進而減弱結構內部抵抗溫度應力的能力。

（2）在建筑的外墻角位置上應布設放射筋 ，并且保證每個墻角布設的放射筋都在七根以上，配筋長度必須大于 2m，配筋范圍則不得小于樓板跨度的三分之一，各個鋼筋之間的間距則不得大于 0.1m。 通過在建筑外墻角布設放射筋的辦法能夠滿足應力的要求，使得現(xiàn)澆混凝土樓板的裂縫應力作用范圍與放射筋作用范圍一致，進而減少并控制裂縫的形成。

3.3 溫度裂縫的預防控制措施

在建筑工程的結構設計中，應優(yōu)先選用建筑平面布置規(guī)則、結構受力簡單合理的結構布置，不宜設置太多的凹凸，以免產生溫度應力集中進而造成裂縫。 建筑的長高比應符合設計規(guī)范要求。在砌體結構中建筑縱墻應盡量少設門窗，并且門洞和窗洞不宜開設過大，保證磚墻具有足夠的抗剪面積，從而提高其自身的抗剪能力，同時還可減少在門窗部位的應力集中現(xiàn)象。 溫度裂縫的形成主要是由于磚墻本身、圈梁、屋面板的溫度變形以及相互間的溫差所引起的，其屋面板保溫層的效果好壞會對頂層磚墻的裂縫程度產生直接影響。因此，屋面保溫層的設計一定要滿足熱工要求，尤其是其施工工法及保溫材料的性能要與規(guī)范符合，并可適當加大保溫層的厚度，保證保溫效果。

從建筑的結構方面考慮，所有的縱墻、橫墻的頂層均應設置圈梁，以增強其整體性及抵抗溫度裂縫的能力。在設計圈梁時，頂層圈梁尤其是縱向圈梁的高度應盡量小些，以減少磚墻與圈梁之間的相互約束， 進而降低由于屋面板變形對墻體產生的水平推力；提高頂層墻體的砂漿砌筑強度是抵抗溫度裂縫有效且經濟的方法，頂層砂漿強度不宜小于 M5.0，磚體的強度則不宜小于 MU10，并且磚砌體的厚度不宜小于 240mm；降低墻體與屋蓋之間的溫差是防止溫度裂縫的關鍵，所以，可在屋面設計時采取設置架空層等隔熱保溫措施。

3.4 鋼纖維混凝土在結構裂縫控制中的應用在鋼筋混凝土梁的底部布設適量的鋼纖維，使其能夠與混凝土共同抵抗開裂，從而提高鋼梁自身的抗裂能力，在其滿足設計要求的同時，符合規(guī)范中有關裂縫寬度或者抗裂度的要求。對于加入鋼纖維的鋼筋混凝土梁來說，當鋼纖維的摻入體積率在 1.0%~1.5%左右，并且受拉區(qū)的鋼纖維混凝土層截面高度達到梁截面高度的 30%時，就可很好的控制梁體開裂。鋼纖維可與未開裂的混凝土共同承擔開裂截面上方的部分拉力，從而減小了開裂截面上的鋼筋應力，對于裂縫的進一步發(fā)展起著約束作用，有效提高了裂縫間混凝土的整體性及構件剛度。

4.結語

在實際工程中，混凝土出現(xiàn)裂縫，是一個長期令技術人員困擾的難題。雖然裂縫在大多工程中不可避免，但卻可以控制。只要在設計過程中針對各影響因素考慮全面，嚴格遵守設計規(guī)范，此外，還應加強對工程施工的監(jiān)管，確保施工單位能夠按照設計、規(guī)范嚴格執(zhí)行，保證建筑物的安全及使用性能，一定能把裂縫控制在設計所要求的范圍內。

參考文獻

［1］張斌,張建政．淺析建筑工程結構設計中的裂縫問題[J].城市建設理論研究 （電子版）,2012,(16)．

［2］李宏．試論建筑工程結構設計中的裂縫問題[J].黑龍江科技信息,2012,(3)