從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)談混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題

萬(wàn)志華

摘 要：隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑的混凝土樓板及墻體開(kāi)裂現(xiàn)象成為一個(gè)共性問(wèn)題。混凝土裂縫是結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。某些新技術(shù)與新材料的應(yīng)用，也會(huì)加劇裂縫的產(chǎn)生。建筑裂縫的存在會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的使用及安全造成一定的影響。裂縫會(huì)降低房屋的品質(zhì)，業(yè)主都是難以接受的。文章在簡(jiǎn)單介紹混凝土裂縫控制的意義和標(biāo)準(zhǔn)后，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面著手分析裂縫產(chǎn)生的原因并闡述行之有效的控制措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫

1 裂縫控制的意義和標(biāo)準(zhǔn)

混凝土裂縫是由于混凝土結(jié)構(gòu)受內(nèi)外因素的作用而產(chǎn)生的物理結(jié)構(gòu)變化，裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因?；炷两Y(jié)構(gòu)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(duì)建筑本身的危害也存在區(qū)別。帶裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)存在的危害主要表現(xiàn)在：會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用，降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，降低結(jié)構(gòu)的剛度，影響結(jié)構(gòu)的承載能力，降低混凝土的抗剪能力，混凝土保護(hù)層開(kāi)裂引起鋼筋的銹蝕，引起裝飾面層的開(kāi)裂從而影響飾面的美觀。裂縫問(wèn)題是每個(gè)建筑工程中無(wú)法避免的，只能將其控制在一定范圍內(nèi)，減少對(duì)建筑工程質(zhì)量的影響。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》把混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件正截面的受力裂縫控制等級(jí)劃分為三級(jí)，并按不同的使用環(huán)境類別對(duì)各控制等級(jí)提出了最大裂縫寬度限值的要求；各地方的工程質(zhì)量通病防治措施手冊(cè)均對(duì)控制混凝土構(gòu)件的裂縫提出了嚴(yán)格的要求，并要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段和現(xiàn)場(chǎng)施工階段應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的技術(shù)措施規(guī)定。

2 混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)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(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性不夠而出現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮不周從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的情況主要有以下幾種：

（1）設(shè)計(jì)中未充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)規(guī)定要求在滿足承載力極限狀態(tài)的情況下還應(yīng)滿足正常使用極限狀態(tài)，以保證結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)超過(guò)正常使用狀態(tài)的變形、裂縫等，許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的要求，為結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大裂縫埋下隱患。

（2）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確性低，簡(jiǎn)化計(jì)算模型不準(zhǔn)確，計(jì)算方式與實(shí)際受力狀態(tài)不符，且結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸取值不合理、實(shí)際配筋值比計(jì)算值過(guò)于偏小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。鋼筋的位置也要正確，保護(hù)層過(guò)大或過(guò)小都有可能導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

（3）設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)缺乏整體考慮，未深入考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力性能，未能充分考慮由基礎(chǔ)的不均勻沉降產(chǎn)生的附加應(yīng)力，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

（4）混凝土材料及配合比：配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)，直接影響混凝土的抗拉強(qiáng)度，是造成混凝土開(kāi)裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過(guò)大，水灰比大，含砂率不當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)龋@幾個(gè)因素也是互相影響的。

（5）沒(méi)有充分考慮構(gòu)件的收縮變形，忽視了結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題。盲目使用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，使水泥用量增加，加大了混凝土的收縮量，加大了開(kāi)裂的幾率。收縮是混凝土的一個(gè)主要特征，對(duì)混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展，則有可能引起結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂、變形甚至破壞。

（6）未能準(zhǔn)確地估計(jì)出建筑物在建設(shè)過(guò)程中會(huì)受到的荷載與使用荷載，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不符，也會(huì)造成混凝土裂縫的出現(xiàn)。

（7）未充分考慮溫度應(yīng)力的作用，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫?；炷羶?nèi)的水泥在水化反應(yīng)過(guò)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(chǎn)生溫度應(yīng)力，其大小與溫差有關(guān)，并直接影響到混凝土的開(kāi)裂及裂縫的寬度。由溫度應(yīng)力導(dǎo)致裂縫的現(xiàn)象在大體積混凝土結(jié)構(gòu)及超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)尤為突出。

（8）隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜化多樣化，許多設(shè)計(jì)人員在未充分了解和掌握新材料新技術(shù)的使用范圍、使用條件及相關(guān)的技術(shù)要點(diǎn)的情況下，盲目使用新技術(shù)新材料，造成結(jié)構(gòu)開(kāi)裂甚至影響結(jié)構(gòu)安全。

3 對(duì)混凝土建筑結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮各種產(chǎn)生裂縫的可能，采取經(jīng)濟(jì)有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段從源頭上控制混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的可能。應(yīng)重視對(duì)于構(gòu)造鋼筋的配置，尤其是現(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu)板、剪力墻等薄壁構(gòu)件更應(yīng)注意構(gòu)造鋼筋的直徑和數(shù)量的選取。在那些容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱部位適當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造鋼筋的配置。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮不均勻沉降的不利影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可考慮主要由以下幾個(gè)方面著手控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫：

（1）嚴(yán)格按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的相應(yīng)要求進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度及撓度驗(yàn)算，對(duì)不滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整，如加大構(gòu)件截面高度或增大構(gòu)件縱向受力鋼筋的配筋率，以達(dá)到控制構(gòu)件最大裂縫的目的。

（2）對(duì)平面較長(zhǎng)的建筑，應(yīng)按規(guī)范的相應(yīng)要求設(shè)置變形縫，把結(jié)構(gòu)劃分成若干個(gè)簡(jiǎn)單規(guī)則的單元，從而減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部由溫差、混凝土收縮、基礎(chǔ)不均勻沉降等產(chǎn)生的附加應(yīng)力，能有效控制裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展。

（3）合理設(shè)置后澆帶，設(shè)置后澆帶可以適當(dāng)增大伸縮縫的間距，后澆帶的間距不宜過(guò)大，一般控制在30～40米之間設(shè)置一道為宜，后澆帶寬可取0.8-1m，后澆帶內(nèi)的鋼筋一般情況下不截?cái)?。后澆帶保留時(shí)間一般不少于一個(gè)月。在此期間，收縮變形可完成30%～40%。后澆帶的澆筑時(shí)間宜選擇氣溫較低（但應(yīng)為正溫度）時(shí)段，可用強(qiáng)度高一級(jí)的微膨脹混凝土澆筑。

（4）整體結(jié)構(gòu)采用補(bǔ)償微膨脹混凝土，此措施常用于大體積混凝土基礎(chǔ)及超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)中。大體積混凝土基礎(chǔ)及超長(zhǎng)地下室由于一次澆筑的混凝土體量較大和結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力很大，及易產(chǎn)生裂縫，此時(shí)在混凝土中摻入適量微膨脹劑可以起到收縮補(bǔ)償作用，可有效控制裂縫的開(kāi)展，保證工程的質(zhì)量。

（5）加大結(jié)構(gòu)樓板的厚度、適當(dāng)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(shè)置暗粱，提高該部位的配筋率。

（6）結(jié)構(gòu)樓板平面應(yīng)盡量簡(jiǎn)單規(guī)則，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)，為了防止樓板平面的形狀出現(xiàn)凹凸的情況，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇較為規(guī)整的平面或合理布置結(jié)構(gòu)梁的位置，以此來(lái)達(dá)到將形狀不規(guī)整的平面調(diào)整為規(guī)則平面的目的，在結(jié)構(gòu)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)平面凹口附近的樓板配筋進(jìn)行加強(qiáng)，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?yè)郊铀芑瘎┖蜏p水劑。嚴(yán)格控制混凝土原材料的的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選用低水化熱水泥，粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)盡量減少。根據(jù)工程特點(diǎn)，可以利用混凝土后期強(qiáng)度，這樣可以減少用水量，減少水化熱和收縮。

4 結(jié)束語(yǔ)

混凝土裂縫的形成有許多方面的原因，除了設(shè)計(jì)因素外，外部環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)材料不達(dá)標(biāo)、施工組織不合理及養(yǎng)護(hù)工作不到位也是導(dǎo)致開(kāi)裂的重要因素。基于此，應(yīng)當(dāng)通過(guò)工程建設(shè)過(guò)程中的各個(gè)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?xiàng)l例，在設(shè)計(jì)階段和施工階段均采取有效的措施來(lái)控制結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，以此來(lái)提高混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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