從建筑結構設計談混凝土結構的裂縫問題

萬志華

摘 要：隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑的混凝土樓板及墻體開裂現象成為一個共性問題。混凝土裂縫是結構承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。某些新技術與新材料的應用，也會加劇裂縫的產生。建筑裂縫的存在會對結構的使用及安全造成一定的影響。裂縫會降低房屋的品質，業(yè)主都是難以接受的。文章在簡單介紹混凝土裂縫控制的意義和標準后，從建筑結構設計方面著手分析裂縫產生的原因并闡述行之有效的控制措施。

關鍵詞：結構設計；混凝土結構；裂縫

1 裂縫控制的意義和標準

混凝土裂縫是由于混凝土結構受內外因素的作用而產生的物理結構變化，裂縫是混凝土結構承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。混凝土結構的裂縫是多方面的因素造成的，各種不同因素形成的裂縫對建筑本身的危害也存在區(qū)別。帶裂縫的混凝土結構存在的危害主要表現在：會影響結構的正常使用，降低結構的強度，降低結構的剛度，影響結構的承載能力，降低混凝土的抗剪能力，混凝土保護層開裂引起鋼筋的銹蝕，引起裝飾面層的開裂從而影響飾面的美觀。裂縫問題是每個建筑工程中無法避免的，只能將其控制在一定范圍內，減少對建筑工程質量的影響。國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》把混凝土結構構件正截面的受力裂縫控制等級劃分為三級，并按不同的使用環(huán)境類別對各控制等級提出了最大裂縫寬度限值的要求；各地方的工程質量通病防治措施手冊均對控制混凝土構件的裂縫提出了嚴格的要求，并要求結構設計階段和現場施工階段應該嚴格執(zhí)行相關的技術措施規(guī)定。

2 混凝土建筑結構設計導致裂縫產生的原因

混凝土裂縫一般可以分為荷載裂縫和變形裂縫。在荷載作用下，結構的強度、剛度或穩(wěn)定性不夠而出現的裂縫稱為荷載裂縫；由于溫度、收縮、不均勻沉降等所引起的裂縫稱為變形裂縫。建筑結構設計考慮不周從而導致混凝土結構出現裂縫的情況主要有以下幾種：

（1）設計中未充分考慮結構設計基本原則，結構設計規(guī)范相關規(guī)定要求在滿足承載力極限狀態(tài)的情況下還應滿足正常使用極限狀態(tài)，以保證結構不出現超過正常使用狀態(tài)的變形、裂縫等，許多結構設計人員只注重滿足承載力極限狀態(tài)，而輕視正常使用極限狀態(tài)設計的要求，為結構產生過大裂縫埋下隱患。

（2）建筑結構設計計算準確性低，簡化計算模型不準確，計算方式與實際受力狀態(tài)不符，且結構構件的截面尺寸取值不合理、實際配筋值比計算值過于偏小，導致結構產生裂縫。鋼筋的位置也要正確，保護層過大或過小都有可能導致混凝土開裂。

（3）設計中對結構缺乏整體考慮，未深入考慮整個結構的受力性能，未能充分考慮由基礎的不均勻沉降產生的附加應力，導致上部結構開裂。

（4）混凝土材料及配合比：配合比設計不當，直接影響混凝土的抗拉強度，是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不當，骨料種類不佳，選用外加劑不當等，這幾個因素也是互相影響的。

（5）沒有充分考慮構件的收縮變形，忽視了結構構件間的變形協調問題。盲目使用高強度等級混凝土，使水泥用量增加，加大了混凝土的收縮量，加大了開裂的幾率。收縮是混凝土的一個主要特征，對混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產生的微觀裂縫一旦發(fā)展，則有可能引起結構的開裂、變形甚至破壞。

（6）未能準確地估計出建筑物在建設過程中會受到的荷載與使用荷載，計算結果與實際情況不符，也會造成混凝土裂縫的出現。

（7）未充分考慮溫度應力的作用，使結構產生裂縫。混凝土內的水泥在水化反應過程中散發(fā)出大量熱量是混凝土升溫，并與外部氣溫形成一定的溫差，從而產生溫度應力，其大小與溫差有關，并直接影響到混凝土的開裂及裂縫的寬度。由溫度應力導致裂縫的現象在大體積混凝土結構及超長結構中表現尤為突出。

（8）隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，結構設計也越來越復雜化多樣化，許多設計人員在未充分了解和掌握新材料新技術的使用范圍、使用條件及相關的技術要點的情況下，盲目使用新技術新材料，造成結構開裂甚至影響結構安全。

3 對混凝土建筑結構裂縫的控制措施

在結構設計過程中，應充分考慮各種產生裂縫的可能，采取經濟有效的結構設計手段從源頭上控制混凝土結構開裂的可能。應重視對于構造鋼筋的配置，尤其是現澆樓面結構板、剪力墻等薄壁構件更應注意構造鋼筋的直徑和數量的選取。在那些容易產生應力集中的薄弱部位適當加強構造鋼筋的配置。基礎設計應該充分考慮不均勻沉降的不利影響。結構設計過程中，可考慮主要由以下幾個方面著手控制混凝土結構裂縫：

（1）嚴格按國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》中關于正常使用極限狀態(tài)設計的相應要求進行混凝土結構構件的裂縫寬度及撓度驗算，對不滿足規(guī)范要求的結構構件進行調整，如加大構件截面高度或增大構件縱向受力鋼筋的配筋率，以達到控制構件最大裂縫的目的。

（2）對平面較長的建筑，應按規(guī)范的相應要求設置變形縫，把結構劃分成若干個簡單規(guī)則的單元，從而減小結構構件內部由溫差、混凝土收縮、基礎不均勻沉降等產生的附加應力，能有效控制裂縫的產生及發(fā)展。

（3）合理設置后澆帶，設置后澆帶可以適當增大伸縮縫的間距，后澆帶的間距不宜過大，一般控制在30～40米之間設置一道為宜，后澆帶寬可取0.8-1m，后澆帶內的鋼筋一般情況下不截斷。后澆帶保留時間一般不少于一個月。在此期間，收縮變形可完成30%～40%。后澆帶的澆筑時間宜選擇氣溫較低（但應為正溫度）時段，可用強度高一級的微膨脹混凝土澆筑。

（4）整體結構采用補償微膨脹混凝土，此措施常用于大體積混凝土基礎及超長地下室結構中。大體積混凝土基礎及超長地下室由于一次澆筑的混凝土體量較大和結構超長，產生的溫度應力很大，及易產生裂縫，此時在混凝土中摻入適量微膨脹劑可以起到收縮補償作用，可有效控制裂縫的開展，保證工程的質量。

（5）加大結構樓板的厚度、適當提高樓板的配筋率，板面鋼筋雙向拉通，并采用控制裂縫性能較佳的熱軋變形鋼筋，板筋以小直徑、小間距為原則布置。在易裂的邊緣部位也可以設置暗粱，提高該部位的配筋率。

（6）結構樓板平面應盡量簡單規(guī)則，在進行結構布置時，為了防止樓板平面的形狀出現凹凸的情況，應當盡可能選擇較為規(guī)整的平面或合理布置結構梁的位置，以此來達到將形狀不規(guī)整的平面調整為規(guī)則平面的目的，在結構施工圖紙設計中，應當對平面凹口附近的樓板配筋進行加強，并增配角部抗裂鋼筋。

（7）控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理摻加塑化劑和減水劑。嚴格控制混凝土原材料的的質量和技術標準，選用低水化熱水泥，粗細骨料的含泥量應盡量減少。根據工程特點，可以利用混凝土后期強度，這樣可以減少用水量，減少水化熱和收縮。

4 結束語

混凝土裂縫的形成有許多方面的原因，除了設計因素外，外部環(huán)境條件、結構材料不達標、施工組織不合理及養(yǎng)護工作不到位也是導致開裂的重要因素。基于此，應當通過工程建設過程中的各個環(huán)節(jié)一起努力，建立健全完善的管理體系以及制定合理的管理條例，在設計階段和施工階段均采取有效的措施來控制結構裂縫的產生，以此來提高混凝土結構工程的質量。

參考文獻

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[2]張麗.淺談鋼筋混凝土結構設計中的裂縫控制[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊，2010（10）：113-114.