從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計淺談混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題

　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計,混凝土結(jié)構(gòu),裂縫問題，

　　引言

　　混凝土結(jié)構(gòu)作為當(dāng)今的主要結(jié)構(gòu)形式，在其正常的使用年限內(nèi)，不可避免的要出現(xiàn)裂縫，筆者相信無論是從事建筑行業(yè)的專業(yè)人士，還是僅僅居住在混凝土建筑中的非專業(yè)人士，都對混凝土結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的裂縫有些認識。結(jié)構(gòu)的裂縫問題，是一個相當(dāng)普遍的質(zhì)量問題，嚴重的已影響到工程的正常使用和安全，是一個需要探討和解決的技術(shù)難題。其實，裂縫的出現(xiàn)有很多的原因，比如外界溫度的變化、基礎(chǔ)的不均勻沉降、施工控制不合理、材料質(zhì)量等等都會使混凝土建筑出現(xiàn)裂縫，而這些原因有些是可以在設(shè)計階段提前預(yù)控的。本文就從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面來具體談一下混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題，以供工程技術(shù)人員借鑒參考，達到防范于未然的作用。對于文章的不足和欠妥之處望大家看后能夠給予批評與指正，從而共同進步。

　　1. 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分類

　　1.1結(jié)構(gòu)裂縫

　　雖然一些現(xiàn)澆樓板的承載力均可以滿足基本的設(shè)計要求，但是當(dāng)預(yù)制多孔板改成現(xiàn)澆板以后，就會造成整個墻體的剛度逐漸增大，使樓板的剛度也相對減弱。因此，在一些截面突變處或者薄弱的部位就很容易出現(xiàn)裂縫。例如在墻角應(yīng)力集中地方的45度角斜裂縫和板端負彎矩較大處都存在板面裂縫。

　　1.2應(yīng)力裂縫

　　應(yīng)力裂縫是因為各種收縮所引起的裂縫，主要包括塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮和自身收縮等。我們知道，在混凝土的硬化過程中，常常會因為水分蒸發(fā)、使得體積逐漸縮小，從而產(chǎn)生收縮，這就造成板的四周受到支座的約束，不能夠自由的伸展。然而當(dāng)混凝土收縮拉應(yīng)力超出了混凝土的抗裂能力時，就必然會使得現(xiàn)澆板出現(xiàn)開裂，這樣的裂縫主要分布在應(yīng)力相對集中的地方。另外，在施工過程中混凝土沒有按照相關(guān)設(shè)計規(guī)定施工，在混凝土達到相應(yīng)的設(shè)計強度之前，出現(xiàn)過早拆模，或者是在混凝土還沒有完全終凝的時候，就加上了荷載。這都會造成整個混凝土的樓板出現(xiàn)嚴重的變形，而混凝土的早期抗拉強度較低甚至沒有抗拉強度，當(dāng)其承受壓、彎和拉的等組合應(yīng)力時，混凝土表面就會出現(xiàn)裂縫。

　　1.3塑性收縮變形使混凝土產(chǎn)生裂縫

　　塑性收縮裂縫一般都產(chǎn)生在混凝土硬化之前，并且處于塑性狀態(tài)的時候，這主要是因為上部混凝土的均勻沉降受到一定程度的限制。當(dāng)出現(xiàn)大的骨料、鋼筋，或者出現(xiàn)平面面積較大的混凝土，這就造成其水平方向的收縮比垂直方向的收縮困難，從而出現(xiàn)較為不規(guī)則的深層裂縫。而塑性收縮裂縫在通常情況下，基本都是相互平行的，其間距在0.2~1.0m左右，并存在相應(yīng)的深度。

　　1.4溫度應(yīng)力裂縫

　　溫度應(yīng)力的裂縫所產(chǎn)生的主要原因是混凝土在澆筑之后，所聚積在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，這就造成整個混凝土所產(chǎn)生的內(nèi)部溫度較高，然而由于混凝土表面的溫度散熱的比較快，這就會造成內(nèi)外的溫差較大，使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，而混凝土的表面出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此，如果在混凝土的表面附近存在較大程度的溫度梯度，就會出現(xiàn)較大的表面拉應(yīng)力。而這個時候混凝土的齡期較短，該階段相應(yīng)的抗拉強度較低，這種由溫差所產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力一但超過了混凝土的抗裂能力，就必然導(dǎo)致混凝土的表面出現(xiàn)裂縫。

　　2.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的裂縫控制

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，荷載是引起混凝土建筑產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，在荷載效應(yīng)彎矩、剪力、扭矩、拉力及其組合的作用下，各類受力構(gòu)件都會產(chǎn)生或多或少的開裂。但是往往在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，由于遺漏某些荷載的作用或?qū)嶋H使用過程中與設(shè)計的荷載有所出入，都會使混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用階段產(chǎn)生裂縫，從而對結(jié)構(gòu)造成一定程度上的破壞。對于基礎(chǔ)的不均勻沉降，結(jié)構(gòu)設(shè)計時一般都不會進行考慮，但實際正常使用過程中，基礎(chǔ)的不均勻沉降對混凝土結(jié)構(gòu)所帶來的危害是很大的。由于基礎(chǔ)的不均勻沉降，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力，而且一邊受拉，這樣就很容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生裂縫。

　　2.1建筑設(shè)計方面

　　建筑平面布置力求簡單、規(guī)則，不宜有太多凹凸，設(shè)計中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中。當(dāng)無法回避時，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，以防應(yīng)力集中導(dǎo)致構(gòu)件開裂。房屋的長高比應(yīng)控制在允許范圍以內(nèi)。建筑物長度要符合溫度伸縮最大間距要求，以保證房屋的整體性，防止墻體由屋面變形集中產(chǎn)生裂縫。縱墻端部盡量少設(shè)門窗，且門窗洞不宜過大，以增加磚墻的抗剪面積，提高其自身抗剪能力，同時應(yīng)減少門窗洞口處的應(yīng)力集中。溫度裂縫主要是由屋面板、圈梁、磚墻本身的溫差變化而引起的拉應(yīng)力產(chǎn)生的。屋面保溫(隔熱)層的效果好壞直接影響頂層磚墻的裂縫程度。所以，屋面保溫(隔熱)層一定要符合熱工要求。對于保溫屋面，保溫材料的性能及施工方法要符合規(guī)范要求，且保溫層厚度要適當(dāng)加大，滿足保溫效果。

　　2.2結(jié)構(gòu)方面

　　應(yīng)盡量提高頂層墻體砂漿砌筑強度(頂層砂漿不宜低于M5)，用來提高混凝土墻自身的抗剪能力。所有橫墻、縱墻頂層都應(yīng)該設(shè)置圈梁，以加強其整體性。但頂層圈梁，特別是縱向圈梁的梁高要做得盡量小一些，以減少圈梁與混凝土墻之向的相互約束，繼而減小屋面板變形對混凝土墻的水平推力。加強頂層構(gòu)造柱，頂層混凝土墻除為了滿足抗震的要求而需設(shè)構(gòu)造柱外，在兩端墻體中還應(yīng)該增設(shè)抗裂構(gòu)造柱，保證房屋縱向端部第一、二開間范圍內(nèi)，而橫墻與縱墻交叉處則應(yīng)該設(shè)構(gòu)造柱，以增強頂層墻體剛度、整體性及其延性，以達到大大地提高混凝土墻的抗剪能力的目的，根據(jù)試驗，同樣尺度的一片墻兩端設(shè)構(gòu)造柱后，其抗剪能力可以提高一倍左右。

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)重視對于構(gòu)造鋼筋的配置，特別是對于現(xiàn)澆箱梁、樓面、墻板等薄壁構(gòu)件更應(yīng)注意構(gòu)造鋼筋的直徑和數(shù)量的選擇。同時還應(yīng)該盡可能提高基礎(chǔ)的抗裂性，在那些容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱部位適當(dāng)加強構(gòu)造鋼筋的布置�；�礎(chǔ)底面應(yīng)該盡可能設(shè)計成水平，對于本身長度較長的基礎(chǔ)的設(shè)計，應(yīng)該按照規(guī)范的要求留有伸縮縫，盡可能避免設(shè)備基礎(chǔ)開裂。一些對裂縫控制要求比較嚴格的設(shè)備基礎(chǔ)，宜在基礎(chǔ)與地基的接觸面上做油氈瀝青滑動層，用來釋放應(yīng)力以減少裂縫的出現(xiàn)。

　　2.3具體控制裂縫的措施

　　( 1 ) 施工時采用的混凝土強度等級不宜過高。在滿足承載力以及防水要求的條件下，宜采用 C25～ C35等級的混凝土。

　　( 2 ) 選用低水化熱、收縮小的水泥品種，如礦渣硅酸鹽水泥等。摻加適量外加劑，減少水泥用量，降低水灰比，嚴格控制砂石骨料含泥量，控制因水化熱內(nèi)部升溫過高，控制外部降溫速度，及時保水、保溫養(yǎng)護。

　　( 3 ) 采用粉煤灰( 摻量為水泥用量的15 ～ 30%)進行施工 ，用來改善混凝土的和易性，并且可以減少水泥的使用量。

　　( 4 ) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工時，可以考慮設(shè)置伸縮縫(考慮滿足沉降縫、防震縫要求)，且縫與縫之間的距離不可過長。

　　( 5 ) 在合適部位設(shè)置后澆帶，帶寬 0.8 ～ 1.0 m，間距30～40m，減少硬化收縮。后澆帶混凝土宜2個月后采用較高標號(提高 5- 1O 兆帕 )微膨脹混凝土澆灌。

　　( 6 ) 對于基礎(chǔ)、筏板、底板等體積比較大的混凝土，就適宜采取分層澆筑、階梯推進的施工方法，但在施工時要特別注意避免冷縫的出現(xiàn)。

　　( 7 ) 對于大體積和一些超長的混凝土結(jié)構(gòu)，可考慮采用60天齡期強度值作為設(shè)計值，以減少混凝土單方用灰量，在混凝土中可以摻加一定量的膨脹劑，用于補償收縮混凝土。

　　( 8 ) 對于較長的墻體，尤其是那些有防水要求的較長地下室的外墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高其水平構(gòu)造鋼筋的配筋率 ( 0.4 ～0.6 %) ，盡量采用細而密的配筋原則，間距小于等于150mm。墻頂及中部設(shè)置水平暗梁;墻與柱交接處設(shè)置水平附加筋( 配筋率為通長配筋的10～15 %) ，伸入墻內(nèi)大約 1.5–2.0 m，以減小應(yīng)力集中現(xiàn)象。

　　( 9 ) 露天的地下一層外墻及屋面等設(shè)施需要加強其保溫隔熱的功能，用來減小室內(nèi)外的溫差，可以適當(dāng)提高構(gòu)造配筋率。外露邊梁則應(yīng)該加強腰筋配置，梁側(cè)宜設(shè)置保溫隔熱面層。

　　(10 ) 地下室頂板以及屋面可以嘗試采用部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，使混凝土的預(yù)壓應(yīng)力達到0.2 ～0.7 兆帕為最好。

　　( 11) 外露挑檐、陽臺、女兒墻等宜每隔12m設(shè)置伸縮縫，水平分布筋宜適當(dāng)?shù)募哟蟆?/p>

　　( 12) 超長混凝土結(jié)構(gòu)可采用無縫設(shè)計：由于溫度應(yīng)力只是在一定長度范圍內(nèi)是逐漸增大的，超過一定長度后溫度應(yīng)力趨于不變定值。根據(jù)這一規(guī)律，超長混凝土結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)無縫設(shè)計。

　　結(jié)束語

　　從上述文章中可以知道，裂縫產(chǎn)生的原因有很多，而設(shè)計階段的裂縫預(yù)控對正常使用階段的裂縫控制起到非常重要的作用，所以在設(shè)計初期就應(yīng)樹立減少裂縫產(chǎn)生的思想，在設(shè)計中時刻銘記對這一問題的控制，這樣才能在施工過程中以及今后的使用中使建筑物不出現(xiàn)或者少出現(xiàn)裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制是一個綜合性的課題，需要設(shè)計、監(jiān)理、施工及使用方等各方的重視和多方面的努力�；炷�土結(jié)構(gòu)的裂縫雖不能完全消失，但隨著當(dāng)今對混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑工程技術(shù)水平的不斷提高，相信鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題將會逐漸得到解決，裂縫所帶來的困擾和煩惱也將隨之消失，我們的生活居所將變得更加安全。

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