鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫控制措施

黃金 馬松

【摘 要】鋼筋混凝土是工程建設(shè)中最為常見(jiàn)的施工材料，其剛度、硬度、抗剪力、耐久性等都較為良好，因此在建設(shè)中用途廣泛。裂縫一直是困擾鋼筋混凝土的重要問(wèn)題，裂縫的出現(xiàn)不僅對(duì)鋼筋混凝土的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，還形成了一些潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。本文將對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫危害以及裂縫類型進(jìn)行具體的分析和研究，并對(duì)裂縫的控制措施進(jìn)行深入探討。為鋼筋混凝土的裂縫控制提供參考。

【關(guān)鍵詞】危害；形式；機(jī)理；存在問(wèn)題；防治措施

一、裂縫對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成的危害

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分配

鋼筋混凝土在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)中作為整體的結(jié)構(gòu)部分，但所承受的力有所不同。鋼筋所承受的是拉力，混凝土承受來(lái)自結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外界的雙重壓力。當(dāng)鋼筋混凝土表面出現(xiàn)裂縫時(shí)，在裂縫處的鋼筋和混凝土的受力能效喪失。鋼筋所受的應(yīng)力隨之增大，而混凝土結(jié)構(gòu)的整體性被破壞，隨著裂縫的開(kāi)展，混凝土受壓區(qū)高度減小，壓力應(yīng)不斷增大，指導(dǎo)混凝土被壓壞。

2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗剪能力下降

裂縫的出現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞，由整體變成多個(gè)部分。原有的抗剪作用也被裂縫分割成多個(gè)小面積部分，使得混凝土的抗剪力較為分散，抗剪面積減小，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)整體的抗剪性能急劇下降。

3、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的剛度減小

當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生的裂縫較大、較深時(shí)，那么在裂縫截面的中性軸將隨之發(fā)生位移，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變形機(jī)率增大，剛性減小，并隨著裂縫的發(fā)展趨勢(shì)而逐漸發(fā)生變化。

4、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞度下降

鋼筋混凝土中裂縫的產(chǎn)生不僅對(duì)整體的結(jié)構(gòu)剛度產(chǎn)生影響，還對(duì)縮小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力范圍。由于鋼筋混凝土長(zhǎng)期處于拉力與壓力的雙重作用下，裂縫則會(huì)使結(jié)構(gòu)的疲勞壽命受損，使得鋼筋混凝土的疲勞度大大降低。

5、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低

裂縫的出現(xiàn)會(huì)使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋部分暴露在空氣中，空氣中大量的水分會(huì)使得鋼筋表面被銹蝕碳化，還會(huì)改變混凝土的受力條件。長(zhǎng)此以往，鋼筋表面會(huì)被銹蝕，而混凝土?xí)虼俗冑|(zhì)，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性受到嚴(yán)重影響，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，將會(huì)嚴(yán)重影響建筑物的質(zhì)量和運(yùn)行安全性。

二、鋼筋混凝土裂縫的種類及形式

1、鋼筋混凝土裂縫的種類

第一，結(jié)構(gòu)裂縫

結(jié)構(gòu)裂縫是鋼筋混凝結(jié)構(gòu)中較為常見(jiàn)的一種裂縫形式。由于結(jié)構(gòu)當(dāng)中不同構(gòu)件之間所產(chǎn)生的應(yīng)力有所不同，因此在應(yīng)力和剛度較為薄弱的區(qū)域，通常是在結(jié)構(gòu)的截面處，較容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。如建筑物墻角處及鋼筋混凝土樓板的板端處。

第二，溫度裂縫

溫度裂縫在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最為多見(jiàn)。由于混凝土具有熱脹冷縮的特性，在受到外界溫度的影響時(shí)，很容易出現(xiàn)干縮或膨脹的現(xiàn)象，這種裂縫在建筑的表面較為常見(jiàn)。

第三，構(gòu)造裂縫

構(gòu)造裂縫的形成對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響較為嚴(yán)重。其裂縫產(chǎn)生的原因是由于在混凝土材料的配比中，水灰的比重過(guò)大，以及材料鋪設(shè)出現(xiàn)松動(dòng)和脫落，或是在混凝土的澆筑和振搗操作中沒(méi)有按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制。另外，養(yǎng)護(hù)工作不到位、過(guò)早結(jié)束脫模工作等都會(huì)使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)構(gòu)造裂縫。

第四，收縮裂縫混凝土結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中會(huì)逐漸的硬化、碳化及脫水，這一過(guò)程一直持續(xù)，即使達(dá)到28天齡期也不會(huì)停止，這一特性是水泥基混凝土的固有特性，再加上混凝土硬化時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)再失掉～部分水分，因此整個(gè)過(guò)程中均有混凝土收縮的現(xiàn)象出現(xiàn)，此時(shí)就會(huì)形成各種收縮裂縫。

2、鋼筋混凝土裂縫的形式

第一，45o斜裂縫此種裂縫通常出現(xiàn)在建筑物墻角處，與水平面成夾角45o，因此被稱為45o斜裂縫。

第二，長(zhǎng)裂縫此種裂縫常出現(xiàn)在建筑物的樓面板及屋面板的上表面，是由于房間內(nèi)預(yù)埋管線造成的混凝土裂縫，一般寬度較小，肉眼幾不可見(jiàn)。

第三，不規(guī)則裂縫裂縫呈散葉狀或龜裂狀，一般出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)項(xiàng)層部位。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的跨中及端部也會(huì)出現(xiàn)。

三、鋼筋混凝土裂縫的限制范圍

有關(guān)混凝土的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用之前就已經(jīng)存在著微裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫破壞就是這些微裂縫的擴(kuò)展，因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫具有必然性，所以在實(shí)際使用中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有限制的裂縫是允許的，各國(guó)對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫寬均有寬度限值的規(guī)定，如美國(guó)ACI規(guī)定的混凝土裂縫限制值為：干燥空氣中0.4mm，潮濕空氣中為0.3mm；而我國(guó)的則是干燥空氣中為0.3mm，潮濕空氣中為0.2mm。一般的，混凝土出現(xiàn)微小裂縫時(shí)，只要修補(bǔ)措施做的適當(dāng)，并不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用功能，另外，寬度在0.2mm以內(nèi)的裂縫是可以自行愈合的，其愈合的原因是混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣，既而再與氫氧化鈣結(jié)晶沉淀在裂縫內(nèi)，結(jié)果就使得裂縫自行密實(shí)，猶如愈合一樣，但愈合的前提條件是裂縫中不能有水的流動(dòng)，水的流動(dòng)會(huì)克服晶體之間的結(jié)合力并將沉淀的晶體帶走，因此，對(duì)于一些地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，做好減水及防水措施對(duì)于防止混凝土裂縫的出現(xiàn)就顯得極為重要。

四、當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題

1、未重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則當(dāng)前我國(guó)規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則為：建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須要滿足承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)，前者是保證建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生破壞及失穩(wěn)等破壞的極限標(biāo)準(zhǔn)，而后者則是保證建筑結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)超過(guò)正常使用狀態(tài)的變形、裂縫以及可靠、耐久等其它影響正常使用的極限標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前許多設(shè)計(jì)人員只注重滿足承載力極限狀態(tài)，而正常使用極限狀態(tài)卻往往被忽視。

2、簡(jiǎn)化計(jì)算，導(dǎo)致與實(shí)際受力不符很多的設(shè)計(jì)人員在計(jì)算鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，為求簡(jiǎn)單，往往將復(fù)雜受力體系簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如將雙向板當(dāng)單向板計(jì)算，這樣計(jì)算出的配筋往往與實(shí)際的受力情況不符，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部產(chǎn)生裂縫。

3、忽視了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性由于現(xiàn)在設(shè)計(jì)的分工，設(shè)計(jì)人員往往是你計(jì)算你的梁，我設(shè)計(jì)我的柱，忽視了結(jié)構(gòu)本身的整體性及協(xié)調(diào)性，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)整體性的設(shè)計(jì)，在計(jì)算以及配筋時(shí)，必須考慮到結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間、構(gòu)件與構(gòu)件之間的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題，同時(shí)，相臨結(jié)構(gòu)構(gòu)件在角邊處的應(yīng)力影響現(xiàn)象也要重視。

五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的對(duì)策

1、合理簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)體系根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)理念，對(duì)實(shí)際存在而又被忽略的變形及受力要在計(jì)算配筋時(shí)加以考慮，對(duì)于結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫部位，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行預(yù)防。

2、結(jié)構(gòu)的形狀及布置要盡量規(guī)則結(jié)構(gòu)的形狀及布置不規(guī)則時(shí)，由于各方向上結(jié)構(gòu)的剛度不一，因此產(chǎn)生的變形也不盡相同，在結(jié)構(gòu)的剛度薄弱處易形成裂縫。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保證結(jié)構(gòu)形狀以及結(jié)構(gòu)布置的規(guī)則性。

3、對(duì)板類構(gòu)件裂縫控制采取防治措施對(duì)于易出現(xiàn)裂縫的屋面及樓面鋼砼構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可采用預(yù)應(yīng)力混凝土，在樓面板預(yù)埋管線時(shí)，對(duì)管線進(jìn)行支架固定，在管線交叉處要采用專門(mén)設(shè)計(jì)的接線盒以減少鋼筋混凝土板的剛度削弱。

六、結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是工程中常見(jiàn)的質(zhì)量通病，但它的出現(xiàn)并非與荷載作用有直接的關(guān)系，大量的研究表明，裂縫的出現(xiàn)是由于結(jié)構(gòu)自身的變形所引起的，要想盡量減少結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，就必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中綜合考慮各方面的因素，嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及準(zhǔn)則，當(dāng)前預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的出現(xiàn)，已經(jīng)使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠設(shè)計(jì)成為不開(kāi)裂的形式，但如何進(jìn)一步做好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫控制的工作，還是一個(gè)值得深入探討的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳玲.淺談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫控制[J].城市建設(shè)理論研究，2012（1）.

[2] 曹永波.淺談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫的防治措施[J].混凝土工程，2015（3）.