關(guān)于建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫問(wèn)題探析

【摘要】控制裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，是建筑工程中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)引起足夠重視，控制裂縫，重點(diǎn)在防，并需要從設(shè)計(jì)、施工上共同努力，采取有針對(duì)性的防裂措施，加大主動(dòng)控制的力度，才能提高新建房屋質(zhì)量的可靠性。只要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定，做到設(shè)計(jì)與施工緊密配合，控制裂縫是完全可以做到的。本文結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)裂縫作了深入分析。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；裂縫控制

過(guò)去許多工程凡是采取了控制裂縫措施的，一般都取得了良好效果，被評(píng)為真正的優(yōu)質(zhì)工程。在工程設(shè)計(jì)中， 大部分工程設(shè)計(jì)人員對(duì)待裂縫的態(tài)度是：一方面設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)裂縫有明確規(guī)定，即用裂縫計(jì)算公式計(jì)算出裂縫， 只要滿足允許寬度限值即可； 另一方面對(duì)于變形引起的裂縫沒(méi)有計(jì)算規(guī)定， 所以只要規(guī)范每隔一定距離留一條伸縮縫， 不管荷載差別大小，只要留出變形縫 （伸縮縫或沉降縫 ）就認(rèn)為問(wèn)題不復(fù)存在了，即留縫就不裂的設(shè)計(jì)原則。大量的工程實(shí)踐證明，計(jì)算滿足或者按規(guī)范設(shè)縫并不是決定結(jié)構(gòu)變形開(kāi)裂與否的條件，計(jì)算雖然滿足但并不一定在工程實(shí)踐中完全滿足， 是否開(kāi)裂還與許多設(shè)計(jì)因素有關(guān)。

1.產(chǎn)生建筑施工裂縫的原因分析

1.1地基不均勻下沉

造成地基不均勻下沉的原因有客觀原因、主觀原因以及人為原因。房屋地基土層分布不均勻，土質(zhì)有較大地差別等是造成地基不均勻下沉的客觀原因；而主觀原因多與建筑施工的設(shè)計(jì)方面有關(guān)，比如地基的處理方案與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)一致、同一建筑的地基采用多種處理方法、在房屋縱墻剛度較差時(shí)因土壤應(yīng)力的擴(kuò)散作用導(dǎo)致房屋兩端的應(yīng)力逐漸減小、對(duì)建筑立面錯(cuò)層、平面變化引起樓面活荷載不均勻的處理不當(dāng)、實(shí)際建筑施工的設(shè)計(jì)超出或未達(dá)到規(guī)范的規(guī)定，由于這些因素導(dǎo)致地基受力狀態(tài)改變，造成地基不均勻下沉；另外在建筑施工過(guò)程中和建筑建成后，人為因素導(dǎo)致地基改變、松動(dòng)等情況造成地基不均勻下沉。

1.2溫度應(yīng)力

引起溫度應(yīng)力的原因有兩種，一種是自生應(yīng)力，是物體結(jié)構(gòu)由于內(nèi)外溫度不同，在結(jié)構(gòu)自身的約束下產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，通常發(fā)生在結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大的物體上，比如橋梁墩身，混凝土冷卻時(shí)表面溫度與內(nèi)部溫度相差太大，兩種溫度產(chǎn)生應(yīng)力相反作用。另一種是約束應(yīng)力，是物體結(jié)構(gòu)受到外界的約束而不能自由變形引起的溫度應(yīng)力。比如護(hù)欄混凝土，混凝土的干縮引起的應(yīng)力與溫度應(yīng)力共同作用。要準(zhǔn)確分析溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，通常是依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算來(lái)進(jìn)行分析，另外在分析過(guò)程中還需要考慮徐變的影響。

1.3鋼筋銹蝕

建筑鋼筋表面由混凝土保護(hù)，如果混凝土保護(hù)層質(zhì)量較差或厚度不足，使二氧化碳或氯化物侵蝕到鋼筋，使鋼筋周圍的混凝土的堿度降低或氯離子含量偏高，從而破壞了鋼筋表面的氧化膜，導(dǎo)致鋼筋中的鐵離子與氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，使得鋼筋的體積增大了2至4倍，從而鋼筋周圍的混凝土受到膨脹，導(dǎo)致作為保護(hù)層的混凝土沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫。另外由于鋼筋銹蝕使得鋼筋與混凝土的握裹力減弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，導(dǎo)致其他形式的裂縫產(chǎn)生。

1.4凍脹

凍脹是由于大氣氣溫低于0℃時(shí)，混凝土中吸入了飽和的水被凍成冰，使得混凝土的體積膨脹9%，從而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，于此同時(shí)，在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布的狀態(tài)下，混凝土凝膠孔中的過(guò)冷水易引起滲透壓，再次加大了混凝土的膨脹力，降低了混凝土的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。受凍最嚴(yán)重時(shí)是混凝土初凝時(shí)，可使成形的混凝土強(qiáng)度降低30%至50%。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1 建筑物頂層端部剪應(yīng)力與溫差成正比，與水平阻力系數(shù)、材料彈性模量、建筑物長(zhǎng)度等呈線性關(guān)系。控制溫度應(yīng)力引起墻體裂縫的主要因素，因此，用伸縮縫作為控制裂縫的唯一方法是不全面的。控制裂縫應(yīng)綜合考慮有關(guān)因素，采取行之有效的措施。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮強(qiáng)度計(jì)算、抗震結(jié)構(gòu)措施多。控制溫度應(yīng)力的措施少，在住宅樓頂層端單元內(nèi)、外縱墻出現(xiàn)裂縫較普遍，不可否認(rèn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未采取措施或措施不力，是形成墻體裂縫的因素之一。

2.2 磚混房屋長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)。規(guī)范規(guī)定總長(zhǎng)度超過(guò)50m應(yīng)設(shè)伸縮縫，有的房屋長(zhǎng)度超過(guò)較多而未設(shè)，也未采取其它措施。

2.3 構(gòu)造柱是增強(qiáng)建筑物整體性，抵抗地震作用的重要構(gòu)造措施，過(guò)去不少設(shè)計(jì)，構(gòu)造柱的設(shè)置只考慮符合抗震規(guī)范，不考慮也不能算是設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

2.4 采用磚、砂漿強(qiáng)度等級(jí)。越到頂層越低，有些建筑物底部幾層采用MU10級(jí)磚、M5 級(jí)砂漿，而到頂層則為MU7.5級(jí)磚、M2.5級(jí)砂漿。設(shè)計(jì)人員習(xí)慣于從強(qiáng)度上考慮，對(duì)溫度應(yīng)力引起的抗剪強(qiáng)度及變形則考慮較少。

3.做好混凝土原材料質(zhì)量控制

混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，很大程度取決于原材料，因此，必須控制好原材料的質(zhì)量。混凝土有著自身的特性，如果水灰比過(guò)大，水泥用量大，外摻劑保水性差，粗骨料少，用水量大，振搗不良，環(huán)境氣溫高，表面失水大（養(yǎng)護(hù)不良及吸水磚模）等都能導(dǎo)致塑性收縮表面開(kāi)裂。

自20世紀(jì)初起，為了減小水化放熱產(chǎn)生的影響，開(kāi)始采用摻火山灰的辦法，30年代又開(kāi)發(fā)出低熱水泥。利用加大粗骨料粒徑、非常低的水泥用量、預(yù)冷拌合物原材料、限制澆筑層高和管道冷卻等措施，進(jìn)一步獲得了降低水化溫峰、抑制熱裂縫的效果。因此從選擇水化熱低的水泥，控制水灰比，減少水泥用量和用水量，添加適當(dāng)?shù)耐饧觿┑却胧┮钥刂苹炷恋拈_(kāi)裂。例如，超長(zhǎng)的地下室結(jié)構(gòu)外墻應(yīng)選用補(bǔ)償收縮混凝土，即在混凝土中摻入U(xiǎn)EA，HEA等微膨脹劑，以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值不小于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。普通硅酸鹽水泥外摻粉煤灰可有效控制早期和長(zhǎng)期收縮開(kāi)裂。

4.提高結(jié)構(gòu)自身承載力

梁板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要需要考慮承載力和撓度，如果撓度過(guò)多，即使在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)，也容易引起結(jié)構(gòu)裂縫。遇到這種情況，可以適當(dāng)?shù)脑黾恿喊褰孛娴模蛘咛岣吲浣盥剩员ＷC梁板不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。

此為，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，混凝土自身也會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，混凝土自身的承載力自然也會(huì)降低，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要考慮到混凝土的劣化，必須保證混凝土有一定的富余，才能確保混凝土結(jié)構(gòu)的安全耐久。

5.減小地基的不均勻沉降

近年來(lái)，不少建筑由于地基的不均勻性沉降導(dǎo)致混凝土裂縫的發(fā)生。為此必須加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)施工質(zhì)量的控制，通常的辦法可以在獨(dú)立基礎(chǔ)上設(shè)置好拉梁，土質(zhì)情況不好可以采用筏板基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)。如果是軟土地基，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有效的處理。對(duì)于局部軟硬不一的區(qū)段，需要采用土體的局部置換或加大基礎(chǔ)接觸面積等方法。

在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)、樁承臺(tái)處設(shè)置拉梁時(shí)，因?yàn)楠?dú)立基礎(chǔ)和承臺(tái)的各自的變形量不同，會(huì)造成拉梁混凝土開(kāi)裂，通常這種裂縫會(huì)非常的嚴(yán)重，在解決這類問(wèn)題是，最好的辦法就是在拉梁的兩端都設(shè)置后澆帶。

總之，在土木工程領(lǐng)域，混凝土開(kāi)裂是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，因?yàn)樵斐苫炷亮芽p的因素很多，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件等相關(guān)因素，綜合考慮制定行之有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施。此外，還需要加強(qiáng)對(duì)建筑施工的監(jiān)管，以保證施工單位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)、規(guī)范要求操作，確保建筑物的承載能力、安全性和耐久性。

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