基于混凝土結(jié)構(gòu)墻體的裂縫原因及變形分析

王強(qiáng)勁

（鄂州職業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，湖北 鄂州 436000）

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)進(jìn)行了大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)，已建造了大量的民用和工業(yè)建筑。由于建筑物建造年代、使用年限、遭受不同自然災(zāi)害等因素的影響，許多建筑物的安全性有待評(píng)定；特別是一些已完工或正在建設(shè)中的建筑由于各種待鑒定因素的影響，建筑物已產(chǎn)生了不同程度的損傷，為此必須進(jìn)行建筑物安全分析鑒定。但在房屋安全鑒定中，需要對(duì)整幢房屋的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行安全鑒定，首先通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘進(jìn)行外觀檢查，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件各種質(zhì)量問題，其中裂縫是最常見的現(xiàn)象之一。裂縫出現(xiàn)都是事出有因，有設(shè)計(jì)上錯(cuò)誤、原材料性能缺陷、施工質(zhì)量低劣、環(huán)境條件的變化、使用不當(dāng)、地基不均勻沉陷等等，而建筑物的破壞往往始于裂縫。因此，如何鑒定裂縫、分析裂縫、控制裂縫，是安全鑒定工作的重要內(nèi)容之一。根據(jù)裂縫成因和特征，判斷結(jié)構(gòu)受力工作狀況，評(píng)定結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。此種鑒定方法具有簡(jiǎn)便、直觀、快速等優(yōu)點(diǎn)，在房屋安全鑒定中運(yùn)用很廣，但其缺點(diǎn)在于它只是一種定性的分析方法，而不能定量地分析結(jié)構(gòu)的安全性。為此必要時(shí)還應(yīng)通過荷載試驗(yàn)，對(duì)可疑結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、抗裂性驗(yàn)算，然后作出安全鑒定意見。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫分析

判明是結(jié)構(gòu)性裂縫還是非結(jié)構(gòu)性裂縫：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因很多，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響差異也很大，只有弄清結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)上，才能對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行定性。結(jié)構(gòu)性裂縫多是由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力達(dá)到限值，造成承載力不足引起的，是結(jié)構(gòu)破壞開始的特征或是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的征兆，是比較危險(xiǎn)的，必須進(jìn)一步對(duì)裂縫進(jìn)行分析。非結(jié)構(gòu)性裂縫往往是自身應(yīng)力形成的，如溫度裂縫、收縮裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響不大，可根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性、抗?jié)B、抗震、使用等方面要求采取修補(bǔ)措施。

例如某學(xué)校活動(dòng)房，跨度12m，單層框架結(jié)構(gòu)，1999年12月竣工，根據(jù)現(xiàn)建設(shè)方發(fā)現(xiàn)框架梁出現(xiàn)不同程度的裂縫，委托安全鑒定。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，框架梁裂縫普遍存在，裂縫的特點(diǎn)：大都出現(xiàn)在梁的上半部，裂縫上寬下窄，中間寬兩邊細(xì)，最大裂縫寬度為0.35mm。通過對(duì)設(shè)計(jì)資料及施工內(nèi)業(yè)的檢查，設(shè)計(jì)無(wú)誤，為施工原因。經(jīng)過綜合分析，判明為溫度裂縫，屬非結(jié)構(gòu)性裂縫，不影響結(jié)構(gòu)承載能力，但影響結(jié)構(gòu)耐久性，應(yīng)采取措施消除溫差影響，再用壓力灌漿修補(bǔ)裂縫即可。

（1）判明結(jié)構(gòu)性裂縫的受力性質(zhì)：結(jié)構(gòu)性裂縫，根據(jù)受力性質(zhì)和破壞形式進(jìn)一步區(qū)分為兩種：一種是脆性破壞，另一種是塑性破壞。脆性破壞的特點(diǎn)是事先沒有明顯的預(yù)兆而突然發(fā)生，一旦出現(xiàn)裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響很大，是結(jié)構(gòu)破壞的征兆，屬于這類性質(zhì)裂縫的有受壓構(gòu)件裂縫（包括中心受壓、小偏心受壓和大偏心受壓的壓區(qū)）、受彎構(gòu)件的受壓區(qū)裂縫、斜截面裂縫、沖切面裂縫以及后張預(yù)應(yīng)力構(gòu)件端部局壓裂縫等。脆性破壞裂縫是危險(xiǎn)的，應(yīng)予以足夠重視，必須采取加固措施和其它安全措施。塑性破壞的特點(diǎn)是事先有明顯的變形和裂縫預(yù)兆，人們可以及時(shí)采取措施予以補(bǔ)救，危險(xiǎn)性相對(duì)稍小。屬于這類破壞的受力構(gòu)件的裂縫有：受拉構(gòu)件正載面裂縫、受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件正載面受拉區(qū)裂縫等。此種裂縫是否影響結(jié)構(gòu)的安全，應(yīng)根據(jù)裂縫的位置、長(zhǎng)度、深度以及發(fā)展情況而定。如果裂縫已趨于穩(wěn)定，且最大裂縫寬度未超過規(guī)范規(guī)定的容許值，則屬于允許出現(xiàn)的裂縫，可不必加固。例如某辦公樓，四層二跨框架結(jié)構(gòu)，跨度5m及7m，建于1994年，2000年6月將此房改作制衣車間，使用不久，部分梁出現(xiàn)裂縫，委托進(jìn)行安全分析。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)梁的裂縫均出現(xiàn)在梁的兩端，為約45°的斜裂縫，且混凝土的質(zhì)量較差。采用取芯法對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，其強(qiáng)度等級(jí)僅為 C12，而設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C20，二者相差較大，通過驗(yàn)算，梁處于超筋狀態(tài)，屬脆性破壞裂縫，應(yīng)予立即加固。先采用壓力灌漿對(duì)裂縫進(jìn)行加固處理，然后采用加大截面方法對(duì)其進(jìn)行加固處理，確保其安全使用。

（2）查明裂縫的寬度、長(zhǎng)度、深度：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫按其表征可分三種：一是表面細(xì)小裂縫，即縫寬很小，長(zhǎng)度短而淺；二是中等裂縫，其寬度在0.2mm左右，長(zhǎng)度局限在受拉區(qū)，裂縫已深入結(jié)構(gòu)一定深度；三是貫穿性裂縫，縫寬超過0.3mm，長(zhǎng)度伸到受壓區(qū)，裂縫已貫穿整個(gè)截面或部分截面。結(jié)構(gòu)性裂縫不僅表征結(jié)構(gòu)受力狀況，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性。裂縫寬度愈大，鋼筋愈容易銹蝕，意味著鋼筋和混凝土之間握裹力已完全破壞，使用壽命已近終結(jié)。一般室內(nèi)結(jié)構(gòu)，橫向裂縫導(dǎo)致鋼筋銹蝕的危險(xiǎn)性較小，裂縫以不影響美觀要求為度。而在潮濕環(huán)境中，裂縫會(huì)引起鋼筋銹蝕，裂縫寬度應(yīng)小于0.2mm，但縱向縫易引起鋼筋銹蝕，并導(dǎo)致保護(hù)層剝落，影響結(jié)構(gòu)的耐久性，應(yīng)予處理。當(dāng)裂縫長(zhǎng)度較長(zhǎng)，深度較深，嚴(yán)重影響構(gòu)件的整體性，往往是破壞征兆。例如受彎構(gòu)件正截面梁底出現(xiàn)裂縫，裂縫長(zhǎng)度向受壓區(qū)發(fā)展，并到達(dá)或超過中和軸，是比較危險(xiǎn)的，若縫長(zhǎng)較短，局部在受拉區(qū)，一般危險(xiǎn)性較小。裂縫深度也是表征之一，通常表面裂縫多是非結(jié)構(gòu)性裂縫，貫穿性裂縫多是結(jié)構(gòu)性裂縫，容易使鋼筋銹蝕，危險(xiǎn)性較大，應(yīng)查明原因，根據(jù)危險(xiǎn)性，采取必要的加固措施。

（3）判明裂縫是發(fā)展的還是穩(wěn)定的：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫按其長(zhǎng)度保持恒定不擴(kuò)展性質(zhì)通常分三種：一是，穩(wěn)定裂縫，即裂縫的寬度、變；二是，活動(dòng)性裂縫，該裂縫的寬度和長(zhǎng)度隨著受荷狀態(tài)和周圍溫度、濕度變化而變化；三是，發(fā)展裂縫，裂縫的寬度和長(zhǎng)度隨著時(shí)間增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下，一般在受拉區(qū)允許在裂縫出現(xiàn)下工作，也就是說裂縫是不可避免的，只要裂縫是穩(wěn)定的，其寬度不大，符合規(guī)范要求，并無(wú)多大危險(xiǎn)，屬安全構(gòu)件。但裂縫隨時(shí)間不斷擴(kuò)展，說明鋼筋應(yīng)力可能接近或達(dá)到極限，對(duì)承載力有嚴(yán)重的影響，危險(xiǎn)性較大，應(yīng)及時(shí)采取措施。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形的分析

結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中，由于荷載、溫度、濕度以及地基沉陷等影響，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形和變位。變形不但對(duì)美觀和使用方面有影響，且對(duì)結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定也有影響。較大變形往往改變了結(jié)構(gòu)的受力條件，增大受力的偏心距，在構(gòu)件斷面、連接節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生新的附加應(yīng)力，從而降低構(gòu)件的承載能力，引起構(gòu)件開裂，甚至倒塌。結(jié)構(gòu)變形的測(cè)定項(xiàng)目應(yīng)針對(duì)可疑跡象，根據(jù)測(cè)定的要求、目的加以選擇，但最大的撓度和位移必須檢測(cè)。變形的量測(cè)應(yīng)與裂縫量測(cè)結(jié)合起來(lái)，結(jié)構(gòu)過度的變形，可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的裂縫，過大的裂縫又可擴(kuò)大結(jié)構(gòu)的變形。因此，結(jié)構(gòu)變形情況如何，往往是反映出結(jié)構(gòu)工作是否正常的重要標(biāo)志，是結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全鑒定的重要內(nèi)容。另一方面還需看變形是穩(wěn)定的還是發(fā)展的，變形發(fā)展很慢或基本穩(wěn)定是正常的，若變形發(fā)展很快，變形速度逐漸增大或突然增大，即是異常的現(xiàn)象，應(yīng)引起注意，通常意味著結(jié)構(gòu)可能破壞，應(yīng)立即采取措施確保建筑安全。結(jié)構(gòu)過度變形是結(jié)構(gòu)剛度不足或穩(wěn)定性不足的標(biāo)志，它并不直接反映結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。影響結(jié)構(gòu)變形的主要因素，如斷面尺寸、跨度、荷載、支座形式、材料質(zhì)量等，也影響到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。因此進(jìn)行安全鑒定時(shí)，還應(yīng)和裂縫、結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定等結(jié)合考慮。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土構(gòu)件的安全鑒定還應(yīng)考慮構(gòu)造、混凝土碳化等因素。房屋安全鑒定是一項(xiàng)技術(shù)與政策相結(jié)合、局部和整體相結(jié)合、必須考慮諸多因素的技術(shù)工作，文中所提及的僅僅是一項(xiàng)局部的分析，只是個(gè)人學(xué)習(xí)和平時(shí)工作中的點(diǎn)滴體會(huì)，其中還有許多問題有待深入探討和研究。