建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫成因及控制措施探析

韓文燕

（大同市建筑設(shè)計(jì)研究院 山西大同 037000）

混凝土是建筑工程施工期間必需材料之一，在城市化腳步不斷推進(jìn)的時(shí)代中，混凝土結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。但部分施工單位缺乏對(duì)混凝土的深度研究，以致工程施工與投運(yùn)期間混凝土裂縫問題頻頻出現(xiàn)，嚴(yán)重影響工程施工整體質(zhì)量，很可能減縮其壽命。大量的研究與實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是工程施工中難以規(guī)避的問題，這與材料自身的屬性及結(jié)構(gòu)的受力變形機(jī)制相關(guān)[1]。故此為滿足建筑的使用需求與結(jié)構(gòu)需求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制具有很大現(xiàn)實(shí)意義。

1 裂縫的類型

1.1 塑性沉降裂縫

塑性沉降裂縫特點(diǎn)是“中部寬，兩側(cè)窄”，外顯梭型，多出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的變截面處、梁板交匯處、梁柱交匯處等，一般情況下裂縫的深度可抵達(dá)鋼筋表層。減少或規(guī)避該種裂縫的方式是控制水灰比、砂率和塌落度；針對(duì)截面相差過大的構(gòu)件，應(yīng)對(duì)較深的位置先澆筑，靜放1～1.5h、待沉降穩(wěn)定后再和上部薄截面同步澆筑，同時(shí)要嚴(yán)格管控保護(hù)層的厚度。

1.2 塑性收縮裂縫

該類結(jié)構(gòu)裂縫多在工程施工期間產(chǎn)生的。塑性收縮裂縫以無規(guī)格、多邊形樣式分布，或大致呈現(xiàn)互相平行狀排布。裂縫間距最小可達(dá)幾厘米，最大為十幾厘米。該類結(jié)構(gòu)裂縫在初始階段均體現(xiàn)出淺顯性特征，伴隨著時(shí)間的推移會(huì)逐步發(fā)展為連續(xù)性裂縫。防控措施以嚴(yán)格控制混凝土的水膠比、水泥用量與粉砂用量等措施為主；并在高溫、大風(fēng)及干燥等相對(duì)惡劣等施工氣候條件下，應(yīng)積極運(yùn)用相關(guān)措施，以確保工程施工質(zhì)量[2]。

1.3 溫度應(yīng)力裂縫

溫度是影響溫度應(yīng)力裂縫的最直接因素。在混凝土現(xiàn)實(shí)施工作業(yè)中，多需一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的施工期，在以上過程中，由于晝夜溫差或室內(nèi)外溫差較大及混凝土結(jié)構(gòu)表層散熱較迅速，進(jìn)而對(duì)澆筑施工質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。當(dāng)溫差作用下導(dǎo)致混凝土表面拉應(yīng)力大于其所能承受的拉應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)，溫度應(yīng)力裂縫就會(huì)隨即生成。該類裂縫并不顯眼，但其對(duì)建筑體安穩(wěn)性造成的負(fù)面影響是不容忽視的。溫度應(yīng)力裂縫外部表現(xiàn)以深度不一的表面裂縫為主，防控措施是嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)外溫度差、防止混凝土超冷及防止老混凝土溫度過低，進(jìn)而降低新老混凝土間的束縛程度。

2 裂縫成因分析

2.1 地質(zhì)因素

工程正式施工前期的地質(zhì)勘察工作對(duì)工程設(shè)計(jì)、工程施工質(zhì)量均產(chǎn)生一定影響，如果對(duì)地質(zhì)的勘探評(píng)估缺乏精確性與真實(shí)性，將會(huì)造成設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)、施工人員施工時(shí)對(duì)工程地質(zhì)狀況缺乏全面掌握，那么針對(duì)地質(zhì)問題做出相關(guān)防裂措施就無從談起。

2.2 設(shè)計(jì)因素

設(shè)計(jì)是工程施工的首要流程，也是塑造建筑工程輪廓的時(shí)段。若相關(guān)人員在設(shè)計(jì)中未能結(jié)合工程要求與地質(zhì)因素科學(xué)進(jìn)行防裂縫設(shè)計(jì)，或?qū)ㄖ牧先狈φw掌握，沒有認(rèn)識(shí)到材料間的相關(guān)作用與影響，很可能導(dǎo)致建筑投運(yùn)期間出現(xiàn)裂縫[3]。

2.3 施工因素

安全性是維護(hù)建筑工程施工質(zhì)量的基礎(chǔ)條件。在施工作業(yè)期間，材料質(zhì)量與應(yīng)用數(shù)目是否與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相匹配；施工人員在具體施工中，是否按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作；工程的負(fù)責(zé)人與監(jiān)管人在對(duì)工程施工質(zhì)量監(jiān)督時(shí)，是否做到嚴(yán)格、認(rèn)真、全面等，均會(huì)對(duì)裂縫是否產(chǎn)生與嚴(yán)重性造成影響。

2.4 混凝土變化的因素

（1）混凝土溫度變化引起的裂縫：混凝土在硬化期間，內(nèi)部會(huì)生成較大熱量，但是混凝土導(dǎo)熱性與散熱性相對(duì)較差，故此混凝土內(nèi)部的熱量難以快速散發(fā)，而其外部散熱較快速，在混凝土內(nèi)外部溫差較大時(shí)，開始膨脹，同時(shí)在膨脹的過程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，此時(shí)其表層會(huì)承受較大的拉力，該種拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土所承受的范疇，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。

（2）混凝土形體的變化會(huì)形成裂縫：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋直徑較大，或混凝土體積較大，均會(huì)造成混凝土在塑形過程中，水平方向與豎直方向的收縮速度不一致，此時(shí)混凝土上部結(jié)構(gòu)在沉降過程中受到的限制不勻稱，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫生成。

3 建筑結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

3.1 嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)

①在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員要全面分析可能誘發(fā)建筑結(jié)構(gòu)裂縫的各種因素。②重點(diǎn)分析建筑體混凝土結(jié)構(gòu)的整體剛度，進(jìn)而采取相關(guān)辦法去提升整個(gè)建筑體的荷載能力。③要分析建筑體可能出現(xiàn)的不均勻沉降問題，在以上現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，會(huì)形成一定壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，并且會(huì)造成建筑結(jié)構(gòu)對(duì)溫度應(yīng)力的抵制能力降低。故此，為規(guī)避工程設(shè)計(jì)中存在的問題誘發(fā)結(jié)構(gòu)裂縫，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要精確測(cè)算建筑體的荷載能力，同時(shí)對(duì)突發(fā)情況及不可調(diào)控因素進(jìn)行預(yù)測(cè)與判斷，進(jìn)而不斷提升工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可執(zhí)行性。

3.2 嚴(yán)把選材關(guān)

材料是影響建筑工程施工質(zhì)量、工程造價(jià)、工程使用年限的重要因素之一。施工單位在材料選購環(huán)節(jié)中，應(yīng)嚴(yán)格對(duì)混凝土材料嚴(yán)格把關(guān)。通常情況下，對(duì)于大體積混凝土最好應(yīng)用水熱化值低的粉煤灰水泥或礦渣水泥。與此同時(shí)，為有效優(yōu)化水泥漿的粘稠性，改善混凝土的拉伸能力，可將適量鹽水防裂劑等外加劑添入其中。另外，施工單位也要全面貫徹落實(shí)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，合理選擇與優(yōu)化處理骨料。相關(guān)的管理人員也要對(duì)建筑材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格核查，并做好防曬、防水、防火等管理工作，進(jìn)而促使建筑材料質(zhì)量得到根本保證[4]。

3.3 嚴(yán)把施工關(guān)

施工過程對(duì)建筑工程質(zhì)量產(chǎn)生的影響是最直接的，也是最大的。故此，應(yīng)提升施工技術(shù)水平，同時(shí)對(duì)施工人員的施工行為進(jìn)行規(guī)范并嚴(yán)格監(jiān)督施工質(zhì)量。在對(duì)混凝土澆筑作業(yè)中，應(yīng)全面分析氣溫、風(fēng)速等環(huán)境因素，在高溫環(huán)境下，建議施工人員選擇分層澆筑法，利用澆筑面自體的散熱性能去減縮高溫環(huán)境對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量造成的負(fù)面影響。也可以采用埋設(shè)水管的辦法，實(shí)現(xiàn)物理降溫的同時(shí)，也維持了混凝土結(jié)構(gòu)的濕潤(rùn)度。在具體澆筑作業(yè)期間，施工人員也要分析鋼筋結(jié)構(gòu)布設(shè)的方位問題，需確保鋼筋結(jié)構(gòu)安穩(wěn)性而不受澆筑作業(yè)的干擾，進(jìn)而提升整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)性。建筑結(jié)構(gòu)多為大體積混凝土，建筑結(jié)構(gòu)的梁和樓板的混凝土強(qiáng)度應(yīng)維持統(tǒng)一，最好選擇中級(jí)。而當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的墻和柱的混凝土等級(jí)高于梁和板時(shí)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)和柱和墻維持一致，在梁和柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)有差異的情況下，節(jié)點(diǎn)施工的做法見圖1。

3.4 預(yù)應(yīng)力與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

回顧最近幾年的建筑工程施工情況，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)綜合分析建筑體的幾何結(jié)構(gòu)的規(guī)格、預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)抗裂程度要求。通常情況下，設(shè)計(jì)時(shí)取梁長(zhǎng)的1/15，在現(xiàn)存設(shè)計(jì)與施工技術(shù)水平基礎(chǔ)上，多會(huì)應(yīng)用1/18～1/20，一方面能降低鋼筋用量，另一方面也能降低建筑自體結(jié)構(gòu)重量[5]。比如，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，保證建筑結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)律性是基礎(chǔ)，規(guī)避平面布置形狀意外發(fā)生變化的狀況；若設(shè)計(jì)的平面有凹口，應(yīng)將拉梁設(shè)置在凹口處的邊界，適量增加凹口周圍樓板的厚度，同時(shí)對(duì)配筋加強(qiáng)處理。除此之外，也要依照相關(guān)規(guī)范與要求嚴(yán)格管控建筑結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，若出現(xiàn)建筑體結(jié)構(gòu)超過有關(guān)規(guī)范設(shè)定的額定值時(shí)，需在地下部位與地上部位分別設(shè)置后澆帶與膨脹加強(qiáng)帶。前者多被設(shè)置在梁與樓板的1/3寬處，寬度應(yīng)在800～1000mm區(qū)間內(nèi)取值。而后者寬度多為2000mm，將密孔鋼絲網(wǎng)布設(shè)在帶兩端，借此方式隔離帶內(nèi)外的混凝土，鋼絲網(wǎng)應(yīng)與上下層（或內(nèi)外層）垂直分布，同時(shí)對(duì)鋼筋進(jìn)行加固。膨脹加強(qiáng)帶帶中需加設(shè)15%水平溫度鋼筋，水平溫度鋼筋應(yīng)勻稱的排布在上下層，其內(nèi)摻有12%的膨脹混凝土，能夠促使混凝土強(qiáng)度等級(jí)提升一級(jí)。

圖1 梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土強(qiáng)度處理示意圖

4 結(jié)束語

建筑體和人們的日常生產(chǎn)生活密切相關(guān)，故此從很大意義上分析提升建筑體施工質(zhì)量是對(duì)個(gè)體生命與財(cái)產(chǎn)安全性的有效維護(hù)。建筑結(jié)構(gòu)的裂縫是嚴(yán)重影響建筑質(zhì)量與安全性能的主要問題之一，技術(shù)人員在實(shí)踐中應(yīng)給予其高度重視，重視建筑工程施工的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，不斷提升設(shè)計(jì)的可行性與科學(xué)性，對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)有一個(gè)相對(duì)較好的估量。另外，在具體施工實(shí)踐中，應(yīng)加強(qiáng)管理，重視材料與施工工藝技術(shù)的選擇。