試論建筑結構設計中預控工程裂縫的探究

周薇

【摘要】墻體溫度裂縫主要是由于房屋長時間受陽光輻射，使屋面板的溫度比墻體的溫度高出很多，在炎熱的夏季甚至高出兩倍左右。但即使在溫度相同的條件下，鋼筋混凝土的線膨脹系數也為磚砌體的兩倍，因此屋蓋的膨脹變形遠大于墻體，兩者變形不協調，結構屋面板的變形對墻體產生很大的水平推力，從而使墻體與屋面的接觸面受剪。本文從建筑工程結構設計中裂縫的主要成因分析，提出了建筑結構設計預控工程裂縫的應用，及一些預控工程裂縫切實可行的方法和措施。

【關鍵詞】建筑 結構 設計 裂縫

一、建筑工程結構設計中裂縫的主要成因

1、塑性變形引起的裂縫

由塑形變形造成的混凝土裂縫一般出現的硬化前，這是因為混凝土在硬化前一直處于塑性狀態，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則裂縫，此類裂縫相互之間的間距在0.3—1.0mm范圍內，表現形式為相互平行，并且裂縫本身都會存在一定深度。

2、結構裂縫

隨著現代建筑工程施工工藝及水平的提升，現澆樓板已逐漸取代預制多孔板，現澆樓板的樓面優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，就比較容易出現裂縫。

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集中裂縫形式。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蒸發，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，勢必會造成現澆筑混凝土板產生裂縫，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。

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境的影響熱量散發較快，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，在混凝土表明出現溫度裂縫。

二、建筑結構設計預控工程裂縫的應用

1、通過設計預控墻體溫度裂縫

墻體溫度裂縫主要是由于房屋長時間受陽光輻射，使屋面板的溫度比墻體的溫度高出很多，在炎熱的夏季甚至高出兩倍左右。但即使在溫度相同的條件下，鋼筋混凝土的線膨脹系數也為磚砌體的兩倍，因此屋蓋的膨脹變形遠大于墻體，兩者變形不協調，結構屋面板的變形對墻體產生很大的水平推力，從而使墻體與屋面的接觸面受剪。當應力大于墻體強度時，墻體就產生裂縫。對于平面為矩形的建筑物來說，房屋兩端第一、第二開間墻體承受的溫度應力最大，墻體裂縫也較嚴重，因此墻體溫度裂縫一般為兩端重、中間輕、向陽重、背陽輕。磚混結構溫度裂縫是普遍存在的現象，由于其潛在著危害性，因此早已引起人們的關注。應加強以下措施的實施：

1.1 在設計時，應注意調整樓房高度，盡量使屋面的標高一致。對于錯層的房屋宜在錯層部位所有縱橫墻相交處設置墻構造柱。

1.2 設置圈梁是抵抗溫度裂縫的有效辦法。圈梁與構造柱相連接，形成約束各片墻體的縱向和橫向框格，使墻體保持一個整體的箱型結構，改善了砌面的受力性能，提高了砌體的抗裂能力。屋面圈梁宜每道墻設置，避免采用半圈梁引起應力集中，其余各層圈梁按規范要求設置。

1.3 使用微膨脹混凝土可提高結構抵抗溫度裂縫的能力。只有微膨脹混凝土的配合比合適，施工養護好，使用微膨脹混凝土可以避免或減輕屋面板溫度裂縫的產生。另外，在設計中，一定要慎重處理超長建筑混凝土中加入微膨脹劑的問題。通常，由于加入微膨脹劑后混凝土的膨脹率有很大的離散性，所以往往很難在計算上解決微膨脹劑添加量與伸縮縫設置間距的定量關系，所以，在實際應用中，采用了微膨脹劑后，仍然要結合其他措施，并進行適當的驗算，才能超出規范的限制加大伸縮縫的間距。

2、控制現澆混凝土樓板產生裂縫的措施

由于用戶對房屋的結構情況不甚了解，房屋一旦出現裂縫，使用戶產生部安全感或恐慌，有的裂縫會造成屋面、墻面、地面滲漏，門窗變形、外墻抹面脫落等現象，給用戶帶來許多煩惱，因此在房屋設計時，應高度重視，認真分析，使裂縫隱患盡可能消除。為了有效防止和減輕現澆混凝土樓板產生裂縫，應加強以下的措施：

2.1 在設計上應保證結構的整體剛度，防止因房屋不均勻沉降引起結構內部拉應力、剪應力產生，從而降低結構地抵抗溫度應力的能力。

2.2現澆混凝土樓板配筋方面，盡量使用直徑較細間距較密的配筋方案，做到“細一點、密一點”。同層同方向的鋼筋直徑相差不宜大于一個級別。對需嚴格控制裂縫的部位，建議全部采用熱軋帶肋鋼筋以增強其握裹力，樓板的分布筋與構造筋宜采用變形鋼筋來增強與混凝土的握裹力，對于小直徑的分布筋與構造筋來說，用冷軋鋼筋比用光圓鋼筋對減少裂縫的效果更好。邊跨端支座的負彎矩鋼筋宜在端跨內整垮拉通并延伸過第二支座，讓墻體變形與樓板變形能通過拉通的負筋逐漸傳遞到中跨去，協調三個構件在溫度應力作用的變形。單向板中單位長度分布筋不得少于5根，受溫度變化影響較大時（如屋面板），其分布筋應適當增加。

2.3屋面層陽角處、東西兩單元和跨度≥3.9m時，應設置雙層雙向鋼筋，陽角處鋼筋間距不宜大于100mm跨度≥3.9m的樓板鋼筋間距不宜大于150mm。跨度<3.9m的現澆樓板上面負彎矩鋼筋應一隔一拉通。

2.4外墻角處應設置放射筋，配筋范圍應大于板跨的1/3，且長度小于2.0m，每一角處放射筋數量不少于7根，鋼筋間距不宜大于100mm。以此來滿足板角應力的需要，使現澆板產生裂縫的應力作用范圍與放射筋相一致，從而有效地改觀和控制裂縫的產生。

2.5為了防止預埋PVC電線管對樓板的影響，在預埋時設置支架固定PVC管，嚴禁兩根管線交叉疊放，確需交叉時應采用專門設計的塑料接線盒，以防止塑料管在管線交叉時對混凝土厚度消弱過多。在預埋電線管上部應配置鋼筋網片（4@100mm寬度600mm）。

3鋼纖維混凝土在裂縫控制設計中的應用

在結構設計中，當對鋼筋混凝土梁進行裂縫寬度驗算時，經常會遇到裂縫寬度不滿足《混凝土結構設計規范》規定的寬度要求，經常通過一些措施進行調節，例如增加截面尺寸、提高混凝土強度等級、減少鋼筋直徑或增大鋼筋截面面積等；通過這些措施使裂縫寬度滿足設計要求。但在某些情況下，采取這些措施并不能解決問題，甚至有些特殊情況下，由于已有建筑、結構的限制等根本不能采取這些措施。

近年來，鋼纖維混凝土理論有了較大的發展，已趨于成熟。但在工程實際中的應用還有待推廣。在鋼筋混凝土梁的底部加入適當的鋼纖維。使其與鋼筋混凝土梁中的鋼筋共同抵抗開裂，可明顯提高抗裂能力；使其達到設計要求，同時符合《混凝土結構設計規范》中有關抗裂度或裂縫寬度的規定。對于鋼筋鋼纖維混凝土梁，當摻入鋼纖維的體積率在1.0%-1.5%，受拉區鋼纖維混凝土層達到0.3倍的截面高度時，鋼纖維就能很好的降低裂縫寬度。同時，受拉區鋼纖維混凝土層達到0.3倍的梁截面高度后，彎拉性能將接近全截面鋼纖維混凝土梁。

鋼筋鋼纖維混凝土構件的正常使用性能比鋼筋混凝土構件有明顯改善的主要原因有：鋼纖維依靠粘結力給混凝土基體裂縫尖端應力場施加了一個反向的應力場，緩和了混凝土基體裂縫尖端的應力集中，阻止了裂縫的進一步發展，使荷載作用下的裂縫開展滯后，使構建開裂較晚；跨越裂縫的鋼纖維扔能傳遞應力，使這些鋼纖維與未裂混凝土共同承擔裂縫截面上的部分拉力，降低了裂縫截面上的鋼筋應力，對裂縫開展起這約束作用，提高了裂縫之間混凝土的整體性和構件的剛度；鋼纖維增強了混凝土與縱向鋼筋間的粘接錨固力，使鋼筋的粘接滑移減小，既降低了鋼筋的平均應變，又使主裂縫間鋼纖維混凝土平均拉應變顯著提高，并產生許多微細裂縫，從而降低了主裂縫寬度。

由實際工程與理論計算可見，當梁受拉區適當范圍內加入適當的鋼纖維，保持在不改變任何已有條件的情況下，梁的最大裂縫寬度降低，抗裂度提高，這種方法可以很好的應用于人民防空地下室結構設計，也可以用于對抗裂度要求較高的各種混凝土結構；同時，此方法的應用可使一些復雜繁瑣的裂縫寬度演算、控制的措施變得簡單。

參考文獻：

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