建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫成因及控制措施探析

董昶宏

【摘 要】伴同建筑行業(yè)的持續(xù)進(jìn)步，民眾生活條件的大幅改善，其愈加關(guān)注建設(shè)施工過程中的問題，特別是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫控制問題，更是變?yōu)榱嗣癖婈P(guān)注的焦點(diǎn)。此現(xiàn)象的形成會(huì)對(duì)建筑工程整體安全性、持久性、質(zhì)量構(gòu)成較大危害，故而必須對(duì)其形成原因細(xì)致分析，并介于建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間依照工程實(shí)際情況給予相應(yīng)控制措施，從而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以優(yōu)化、改進(jìn)，方可規(guī)避、防范裂縫問題，確保工程質(zhì)量。本文正是基于上述背景，對(duì)裂縫的特性及其危害進(jìn)行了闡述，而后對(duì)其成因展開了分析，并基于實(shí)際給予了控制措施，望以此增強(qiáng)建筑物使用性能。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；裂縫；控制措施

中圖分類號(hào)：TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

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)。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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫形成的原因分析

1.1混凝土水化熱引起的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

當(dāng)前混凝土現(xiàn)澆施工中，均不同程度加入緩凝劑或早強(qiáng)劑等添加劑，造成混凝土硬化過程中的水化熱在后期或早期大量地集中釋放，從而使混凝土急速膨脹后又冷卻干縮，導(dǎo)致混凝土不規(guī)則裂縫的形成。而且，在體積較大、厚度較厚的混凝土澆筑中，因澆筑成型時(shí)間差異使混凝土內(nèi)部水化熱不均勻釋放，導(dǎo)致內(nèi)部膨脹和收縮不一致并相互制約而產(chǎn)生裂縫。

1.2溫度應(yīng)力引起的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

建筑物在使用過程中，混凝土結(jié)構(gòu)受到外界環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生熱脹冷縮，當(dāng)結(jié)構(gòu)變形受到約束時(shí)，將會(huì)引起應(yīng)力。若溫度變形收到相鄰結(jié)構(gòu)約束的，屬于外約束，如梁變形受到柱的約束、樓板變形受到梁柱的約束等。若溫度變形因內(nèi)部熱量不均勻而受到內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的約束，屬于內(nèi)約束。約束使溫度變形無法自由實(shí)施的情況下引起的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。

1.3結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)引起的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有時(shí)會(huì)不注意將剛度差異較大的結(jié)構(gòu)設(shè)置在一起，導(dǎo)致協(xié)同變形中，剛度較大的結(jié)構(gòu)拉壞剛度較小的結(jié)構(gòu)。如預(yù)應(yīng)力梁、框支梁等高度較大梁變形較大，經(jīng)常會(huì)把位于梁受拉（壓）區(qū)的側(cè)邊樓板帶動(dòng)變形而產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫控制措施

2.1溫度裂縫的防范、控制

由建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面而言，建筑平面布置應(yīng)簡單、規(guī)則，不允許存在較多凹凸，從而對(duì)溫度集中所致的輕體裂縫形成予以防范。具體而言，溫度裂縫是因建筑物面板、圈梁、砌墻自身溫度變形與彼此作用所致，故建筑物表面保溫層效果如何會(huì)對(duì)頂層磚墻裂縫程度構(gòu)成直接影響，因而建筑物表面保溫層需與熱工標(biāo)準(zhǔn)相符。同時(shí)，保溫屋面，材料性能與施工方式必須與標(biāo)準(zhǔn)契合。同時(shí)，由結(jié)構(gòu)層面而言，需極大頂層墻體砂漿砌筑強(qiáng)度，從而提升其抗剪力，全部橫墻、縱墻頂端都要配置圈梁，從而提升其整體性。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用鋼纖維混凝土對(duì)裂縫加以控制

位于鋼筋混凝土梁底端添加適量鋼纖維，讓其和鋼筋混凝土梁里面的鋼筋一起防范裂縫形成，能有效加大抗裂性，讓其和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致，且與《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》所提出的抗裂度要求相符。就鋼筋鋼纖維混凝土梁來講，摻人鋼纖維提及率在1%-1.5%時(shí)，其具備較強(qiáng)的防裂縫性能。并且，鋼纖維混凝土構(gòu)件的基本使用性能較之鋼筋混凝土構(gòu)件而言更好，這是由于鋼纖維借助粘結(jié)力為混凝土基體裂縫尖端應(yīng)力場(chǎng)給予了反向應(yīng)力場(chǎng)，防范了裂縫加劇，導(dǎo)致荷載作用下的裂縫開展受阻，且其和未裂混凝土一同擔(dān)負(fù)裂縫截面拉力，會(huì)縮減鋼筋應(yīng)力，限制裂縫形成。

2.3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。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)。

2.4科學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸

溫差與材料變形均會(huì)促使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。具體而言，在結(jié)構(gòu)尺寸超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，結(jié)構(gòu)被溫差、材料變形所致的應(yīng)力加大，建筑墻體和樓板容易形成水平裂縫。經(jīng)由實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)長度屬于非線性關(guān)系，故而將其作為基礎(chǔ)開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，需確保結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符，以防范、規(guī)避結(jié)構(gòu)裂縫形成。

結(jié)束語

伴同社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，建筑業(yè)獲取了更進(jìn)一步的發(fā)展，這就促使建筑工程數(shù)量大幅增加，使得民眾對(duì)建筑工程交付應(yīng)用后的穩(wěn)定性、安全性出具了更為嚴(yán)苛的要求。故而，必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)裂縫的原因展開全面、細(xì)致的分析，并依據(jù)實(shí)際給予有效措施對(duì)其控制，從而確保建筑結(jié)構(gòu)整體性與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中國能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司）