建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫及控制措施

【摘 要】 在建筑工程中，裂縫的產(chǎn)生，對工程的危害性較大，使得工程結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度以及抗剪能力都不斷降低，進(jìn)而為工程埋下安全隱患。為了控制和避免裂縫的產(chǎn)生，本文主要針對建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫問題進(jìn)行了簡單分析和探討。

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

在建筑工程中，裂縫問題的產(chǎn)生，在很大程度上與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著很大的相關(guān)性。因此，對建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫問題的探討有其必要性。

1 裂縫的危害性

在建筑工程中，裂縫對工程結(jié)構(gòu)所造成的危害是極大的，具體主要體現(xiàn)在以下方面：

1.1 剛度降低

裂縫的產(chǎn)生，會使得裂縫截面處的中性軸發(fā)生上移，尤其是裂縫比較嚴(yán)重時，工程結(jié)構(gòu)的變形也會不斷的加大，進(jìn)而造成整個結(jié)構(gòu)的剛度降低。與此同時，隨著剛度的降低，工程結(jié)構(gòu)在高壓力的作用下，其相應(yīng)的疲勞度也會有所下降。

1.2 抗剪能力下降

裂縫不僅會使得工程的剛度下降，而且還會使得整個工程結(jié)構(gòu)的抗剪力大大降低，這是因?yàn)榱芽p的產(chǎn)生，使得工程的各個截面出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂，工程結(jié)構(gòu)的整體性被嚴(yán)重破壞，進(jìn)而支撐抗剪作用的截面面積減小，從而整個結(jié)構(gòu)的抗剪力就會大大降低。

1.3 強(qiáng)度降低

在建筑工程中，裂縫的產(chǎn)生還會使得整個工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低。因?yàn)椋诠こ探Y(jié)構(gòu)中，裂縫的產(chǎn)生，造成鋼筋外露，這樣，極易導(dǎo)致水分和空氣對混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成侵蝕，最終引發(fā)混凝土發(fā)生質(zhì)變，從而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就會大大降低，隨著強(qiáng)度的降低，裂縫也會不斷變大，進(jìn)而整個結(jié)構(gòu)的耐久性降低，影響建筑的使用性能。

2 裂縫產(chǎn)生原因

2.1 溫度影響

在建筑工程結(jié)構(gòu)中，混凝土在降溫發(fā)生冷縮，或者是由于失水作用導(dǎo)致收縮，從而使得工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件內(nèi)部在溫度應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫。在這里以平置構(gòu)件舉例說明，在工程結(jié)構(gòu)中，一旦發(fā)生冷縮和干縮，就會產(chǎn)生裂縫，具體可以通過下公式進(jìn)行詳細(xì)分析：

A max=0.5μγι，

其中，A--構(gòu)件中央最大溫度應(yīng)力；

μ—構(gòu)件與擱置面之間的摩擦系數(shù)；

γ—構(gòu)件材料的重力密度；

ι—構(gòu)件的長度

根據(jù)以上公式分析，可以得知，構(gòu)件的長度越大，溫度應(yīng)力也會相應(yīng)變大，那么就會容易產(chǎn)生裂縫，需要設(shè)計(jì)人員引起足夠的重視。

2.2 受力影響

在建筑工程，在受力的作用下，也會產(chǎn)生裂縫。一般而言，對于受力所引起的裂縫的受力構(gòu)件有偏心受壓、偏心受拉、軸心受拉等等。在實(shí)踐中，一旦構(gòu)件的應(yīng)變值超出其所能承擔(dān)的極限值，那么就會造成構(gòu)件開裂。

2.3 碳化銹蝕

除了溫度影響和受力影響以外，工程結(jié)構(gòu)在碳化銹蝕的作用下，也會產(chǎn)生裂縫。這是因?yàn)椋S著碳化深度的不斷加大，一旦到達(dá)鋼筋表面，這時的混凝土的堿性也會大大降低，直到對鋼筋失去保護(hù)作用，在這樣的情況下，銹蝕范圍不斷加大，隨著銹蝕物的膨脹，就會使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部受到拉力作用，在超過極限拉力值時，就會產(chǎn)生裂縫。

3 裂縫的受力機(jī)理

在當(dāng)前的社會條件和技術(shù)條件下，對建筑工程結(jié)構(gòu)中裂縫觀察了很大的進(jìn)步，如超聲儀器、實(shí)體顯微鏡以及滲流觀察儀等等。但是，對于工程結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理以及裂縫產(chǎn)生的受力機(jī)理，并沒有真正的了解，而且，目前學(xué)術(shù)上所采用的各種模擬裂縫，也缺乏應(yīng)有的精確性。因此，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)分析和研究，正確認(rèn)識到裂縫的存在及其危害程度，有效的控制裂縫的產(chǎn)生。

在建筑工程結(jié)構(gòu)中，裂縫的形成不具有規(guī)則性。而從某種程度上講，裂縫的產(chǎn)生是絕對的。目前，在實(shí)際工程中，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，并且采用概念統(tǒng)計(jì)的方法，得到分析結(jié)果，經(jīng)過實(shí)踐研究證明，這種方法，具有一定的準(zhǔn)確性。一般情況下，裂縫均為一些非貫通性的微裂縫，只是在裂縫控制的薄弱環(huán)節(jié)以及受力作用較大的情況下，才能發(fā)生裂縫貫穿，最終造成整個截面發(fā)生斷裂。而對于我們?nèi)庋鬯姶笾略?0.05mm的范圍內(nèi)，如果超出了這個范圍，那么就可以稱之為宏觀裂縫。而且在研究中發(fā)現(xiàn)，材料的破損程度可以通過裂縫的拓展程度具體表現(xiàn)出來。

在工程實(shí)踐中，無裂縫是相對的，如果要求不出現(xiàn)裂縫，那么就要對應(yīng)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，通過預(yù)應(yīng)力的作用，將構(gòu)件存在的全部預(yù)壓力，控制在荷載作用下，這樣，一方面，不僅需要付出很大的代價，另一方面，還會增加破壞的荷載力，造成脆性破壞，為構(gòu)件帶來其他的缺陷。

在工程防水要求下，并不要求完全沒有裂縫，因此對于裂縫而言，在一定的條件下，其還具備一定的愈合能力。如地下室的外墻，我們經(jīng)常會看到有白色沉淀物，這是因?yàn)樵诹芽p形成時，滲流的水與混凝土中的確良石灰發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了碳酸鈣，進(jìn)而就成為我們所見到的白色覆蓋層。但是裂縫的愈合能力是有寬度要求，必須有要控制在 0.2mm的范圍內(nèi)，一旦超出這個范圍，裂縫受到水分的沖刷，會變得更大。

4 控制裂縫產(chǎn)生的有效措施

針對以上提出的裂縫產(chǎn)生機(jī)理及其影響因素，提出了以下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的解決性對策，具體如下：

4.1 簡化結(jié)構(gòu)體系

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)工程要求和實(shí)際情況，加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡化處理，采用現(xiàn)代概念設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)對復(fù)雜體系的分析，通過合理、科學(xué)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，避免裂縫的產(chǎn)生。與此同時，還要綜合考慮到受力和變形作用，合理計(jì)算配筋，尤其是對于裂縫控制的薄弱環(huán)節(jié)，一定要做好防范處理，進(jìn)而控制好結(jié)構(gòu)體系對裂縫的有效預(yù)防。

4.2 結(jié)構(gòu)形狀要規(guī)則

在布置結(jié)構(gòu)的形狀時，要盡量做到規(guī)則，確保整個結(jié)構(gòu)應(yīng)有的剛度，如果在設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，那么其上下結(jié)構(gòu)所承受的剛度不會統(tǒng)一，從而造成不同程度的變形，尤其是是剛度控制薄弱的環(huán)節(jié)，極易發(fā)生開裂的現(xiàn)象，為此，要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，結(jié)構(gòu)的形狀一定要保證其規(guī)則性，從而避免裂縫的產(chǎn)生。

4.3 尺寸設(shè)計(jì)要合理

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，尺寸設(shè)計(jì)也預(yù)防裂縫產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。正如上文中以們提到，一旦結(jié)構(gòu)的尺寸過長，那么其所產(chǎn)生的溫差應(yīng)力也會增大，最終出現(xiàn)裂縫。因此，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)，結(jié)合工程實(shí)際要求，合理控制結(jié)構(gòu)的尺寸，全面考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)力與長度的關(guān)系，既要滿足設(shè)計(jì)的規(guī)范和要求，也要避免裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.4 材料運(yùn)用要規(guī)范

首先，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，所選用的混凝土，既要滿足防水要求，也要滿足工程的承載力要求，其強(qiáng)度不可以過高，一般情況下，最好采用C25 -C35混凝土。其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以采用粉煤灰，使得混凝土的和易性得到改善，同時，還可以減少水泥用量。第三，對于水泥品種的選擇，最好采用收縮性小的水泥材料，并且可以適當(dāng)?shù)負(fù)郊右恍┩饧觿沟盟冶冉档停瑖?yán)格控制內(nèi)外溫度，加強(qiáng)對整個結(jié)構(gòu)的保溫和保水養(yǎng)護(hù)。

另外，對于板類構(gòu)件而言，其裂縫的控制主要是采用預(yù)應(yīng)力混凝土，加強(qiáng)對樓面鋼砼構(gòu)件以及層面構(gòu)件的分析，尤其是在樓面板預(yù)埋管線時，必須要用支架固定管線，而且，對于管線交叉部分，運(yùn)用專門設(shè)計(jì)的接線盒，強(qiáng)化土板剛度。

總結(jié)

總而言之，在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要想避免裂縫的產(chǎn)生，杜絕裂縫所帶來的危害，需要設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)對裂縫的重新認(rèn)識，并且針對裂縫產(chǎn)生的問題進(jìn)行全面深入的分析，了解裂縫產(chǎn)生機(jī)理，從根本上控制裂縫的產(chǎn)生，切實(shí)保證工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳湛宇.淺析短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及異形柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)， 2010，（13）

[2] 薛韜，王志剛. 試述預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息， 2007，（13）

[3] 韓麗春，張宏建.淺談預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息， 2009，（18）