探討建筑結構設計出現裂縫的原因及對策

薛 彪

探討建筑結構設計出現裂縫的原因及對策

薛 彪

（合肥水泥研究設計院 230051）

裂紋問題在建筑結構較為常見，在出現此類問題時施工建筑物的安全性和穩定性將會降低，而且整體的建筑物性能也會因此降低。因此，對建設工程施工單位來說針對裂縫問題的研究具有重要意義。因此需在早期階段根據工程的特點設計出方案，在中期階段給防裂縫技術做一個精確的規定，在后期階段予以切實有效的防止裂縫做一個詳細的分析與總結。本文對結構裂縫問題進行了一個簡單的敘述，希望在未來的結構裂縫控制問題上起到一定的作用。

建筑結構；裂縫原因；措施；結構設計

1 建筑結構設計中裂縫的危害

我們根據裂縫所產生的不同危害將其分為以下三種類型，深度裂紋，表面裂紋和貫穿裂紋。隨著裂縫不斷產生，其對建筑工程所產生的危害也在不斷的加強。在一般情況下，建筑工程中最為嚴重的裂縫為貫穿裂縫，其對建筑所產生的危害也是最大的。施工工程會被貫穿裂縫極大的破壞，建筑物的穩定性和安全性會被降低。就算深層裂縫不會給建筑結構造成大方面的破壞，可是它也在某種程度上的損害了建筑物質量。與其他的幾種類型相比，表面裂縫所產生的破壞所造成的危害最為小，但是如果這種表面所產生的裂縫不能很好的處理，那么其隨著時間不斷的增加，裂縫也會演變成深層的裂縫，最后對建筑物的損害將是不可估計的。

2 裂縫產生的主要部位

通過長期大量的研究得出了建筑結構裂縫出現的主要位置的比例，裂縫出現在樓板的比例為 71.15％，裂縫出現在梁的比例為 24.04％，裂縫出現在超高層建筑的基礎板上的比例也有一些。

3 裂縫發生的主要原因

建筑物結構裂縫出現的主要原因主要有以下兩個方面：一部分裂縫是通過荷載應力和次應力引起的。另一部分裂縫是因為內部和外部的變化致使建筑物產生變形而產生的非荷載裂縫。主要有收縮，擴張，不均勻沉降的物理方面因素。據科學統計，由非荷載（收縮，擴張，不均勻沉降等）因素引起而產生的裂縫占80％以上。

4 按照裂縫類型分析裂縫原因

當今社會，構成現代的建筑結構設計的主要元素為混凝土結構，可是在氣候、溫度、設計施工等因素的影響下，混凝土較易產生結構裂縫的問題。

4.1 荷載裂縫

隨著時間的推移鋼筋混凝土在荷載作用下慢慢的產生裂縫，這種現象叫做荷載裂縫，造成這種現象的不光有機構構建的重量，而且還有建筑物自身的重量。在應對抗裂性這一性能進行結構設計時一定要考慮建筑物要受長期荷載的因素。就比如辦公建筑的荷載設計標準。其他國家的荷載設計值要比我國的高出一些，但是其他國家混凝土強度的設計值又比我國的低，因此混凝土的荷載能力其他國家要比我國高得多，所以我國的建筑結構產生裂紋的現象比較普遍。

4.2 溫度應力裂縫

混凝土的線性膨脹系數表示為 1×10-5/℃。在混凝土內外溫差較大的情況下，會產生壓應力繼而產生拉應力，當拉應力大小超過混凝土的抗壓極限強度時會形成所謂的溫度應力裂縫。混凝土因收縮而開裂主要是因為混凝土缺水，含水量不足。尤其在內部水分不足外部環境又特別干燥的情況下裂縫容易會順著結構慢慢貫通，從而導致混凝土建筑的表面產生表面裂縫。由于溫度發生冷卻收縮或干燥收縮混凝土會產生溫度應力，致使建筑結構產生裂縫。下面這個式子便可以說明溫度應力與構件的關系：amax=0．5tLLyl。構件中間的最大溫度便是 a：組件之間的摩擦系數為 tLL；l表示構件長度。隨著構件的長度增加溫度應力也跟著增加。因此裂縫就比較容易產生。因此，我們也應該對結構構件的長度保持足夠的重視。避免溫度應力裂縫的關鍵點在于怎么保持混凝土水分。因為混凝土收縮而產生的裂縫多出生于施工的過程之中，因此在混凝土澆筑施工過程中應適當注意水分蒸發，以及水分和石灰的比例在外界因素的影響下發生的變化。3~4h 后澆注的混凝土會因強風天氣和炎熱的天氣使表面水分迅速蒸發，施工人員用在表面覆蓋保濕對象的方法保濕，如草袋或塑料薄膜等。建設工程進行時，應對混凝土保濕，盡量避免產生溫度應力裂縫，規避建筑結構表面的開裂現象。

4.3 塑性沉降裂縫

沉降裂縫是因為混凝土主骨料等比重大的顆粒沉降時受到鋼筋、模板的阻礙而產生豎向體積縮小的變形裂縫。位于鋼筋上部、結構變截面的地方。沉降收縮裂縫是混凝土不均勻收縮產生的，所以應該減少混凝土沉降收縮量，比如優化混凝土配合比；充分振搗；二次振搗；健全混凝土面層質量保證體系沉降縫的合適設置能夠有效防治墻體裂縫。減少建筑物長高比，對軟弱地基，長高比宜小于或等于 2.5，以增加建筑的整體剛度。由于鋼筋、模板在混凝土主要骨料這些比重大的顆粒沉降時對其阻礙進而產生豎向體積縮小的變形裂縫，這種裂縫便是沉降裂縫。一般是在鋼筋的上部位置以及結構變截面位置。混凝土的收縮不均勻會導致出現沉降收縮裂縫，因此應該降低混凝土的沉降收縮量，如改善混凝土的配比方案；充分振動；二次振動；要想有效地控制墻體裂縫就要完善混凝土面層質量保證系統。降低建筑物的長度與高度比，這個比例值應小于或等于 2.5，來增加建筑的整體剛度。沉降縫寬度見表 1。

4.4 設計不合理、施工不當

結構的設計存在不合理的地方，就像計算荷載的錯誤，不合理的構造，過大或過小的梁跨度，節點的不合理，配筋位置選取錯誤等原因都會導致先天性缺陷。

5 預防結構設計裂縫出現的措施

（1）應從大局出發來構思整體設計，把結構的整體剛度放在重點關注的地方。為了防止房屋因不均勻沉降而產生內部拉應力、壓應力，并且使結構抵抗溫度應力的能力降低。應該在結構的結構設計開始時準確的計算并且來回檢查，以避免漏算和誤判。也應正確的記錄和把關設計資料和數據。

（2）中國的工程設計有自己明確的設計規范，載荷裂縫的計算公式十分明確，允許寬度限值也十分嚴格。工程設計必須達到承載能力的極限狀態和極限使用狀態。因此，進行結構設計時我們應充分考慮建筑物的荷載能力，滿足國家的規定和設計的規范。

（3）由荷載變化和變形變化而引起的裂縫是氣體結構裂縫的主要組成。這種裂縫主要是由于人為因素而產生的。不合理的設計和不達標的施工，使用的不當等。我們有以下幾種防止產生砌體裂縫的方式：①把屋頂使用保溫層或隔熱層封住，降低屋頂和墻面溫差以便有效控制溫度裂縫，屋頂的設計應符合保溫隔熱措施。②在墻壁里安置伸縮縫，以防止因干燥收縮而產生墻體垂直裂紋。在國外常采用規范的砌體材料來控制收縮變形。普通混凝土收縮率 0.2~0.6mm/m，輕骨料混凝土砌塊收縮變形會比普通混凝土砌塊更大，灰砂磚的收縮率則更小。材料收縮率見表 2。

6 預應力與結構設計

在最近幾年的現場狀況來看，預應力結構設計應處理以下幾類問題：①預應力筋的失高太低，從荷載平衡法分析，預應力筋用量增加時，平衡的荷載便會減小，非預應力筋也應該增加。②當我們對預應力結構抗裂程度要求偏高時，設計時應該增加預應力與非預應力筋。③在設計時幾何結構的尺寸也應該值得商榷，現在，通常在設計時取梁長的 1/15，在現有設計與施工水平下，一般用 1/18~1/20，既可以減少用鋼量，還能減少結構自重。

結束語

各式各樣的裂縫出現在建筑結構設計里，并且解決方案的針對性和范圍也不盡相同。結構的設計師和工程設計師應根據現場的情況對裂縫產生的原因進行觀察分析。用合理的設計、規范的施工、安全的維護等措施，來防止裂縫出現。

[1]皮孝建. 試論房屋建筑結構設計中的現澆混凝土裂縫控制策略[J]. 江西建材,2016,03:51.

[2]徐利華. 探討建筑結構設計出現裂縫的原因及對策[J]. 江西建材,2013,06:27-28.

TU7

B

1007-6344（2017）03-0084-01