試論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)控工程裂縫的探究

周薇

【摘要】墻體溫度裂縫主要是由于房屋長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光輻射，使屋面板的溫度比墻體的溫度高出很多，在炎熱的夏季甚至高出兩倍左右。但即使在溫度相同的條件下，鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)也為磚砌體的兩倍，因此屋蓋的膨脹變形遠(yuǎn)大于墻體，兩者變形不協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)屋面板的變形對(duì)墻體產(chǎn)生很大的水平推力，從而使墻體與屋面的接觸面受剪。本文從建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫的主要成因分析，提出了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)控工程裂縫的應(yīng)用，及一些預(yù)控工程裂縫切實(shí)可行的方法和措施。

【關(guān)鍵詞】建筑 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 裂縫

一、建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫的主要成因

1、塑性變形引起的裂縫

由塑形變形造成的混凝土裂縫一般出現(xiàn)的硬化前，這是因?yàn)榛炷猎谟不耙恢碧幱谒苄誀顟B(tài)，而上部建筑的均勻沉降會(huì)受到一定限制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。在混凝土結(jié)構(gòu)建筑物中，如果混凝土的表面積增大或者鋼筋直徑過(guò)大、骨料粒徑過(guò)大，都會(huì)使得混凝土水平方向的收縮比垂直方向的收縮困難，進(jìn)而造成混凝土不規(guī)則裂縫，此類(lèi)裂縫相互之間的間距在0.3—1.0mm范圍內(nèi)，表現(xiàn)形式為相互平行，并且裂縫本身都會(huì)存在一定深度。

2、結(jié)構(gòu)裂縫

隨著現(xiàn)代建筑工程施工工藝及水平的提升，現(xiàn)澆樓板已逐漸取代預(yù)制多孔板，現(xiàn)澆樓板的樓面優(yōu)點(diǎn)在于其承載能力一般都能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求而且整體性較好。但若用現(xiàn)澆樓板代替預(yù)制多孔板時(shí)，會(huì)增大樓板的剛度，造成原有墻體的相對(duì)剛度的降低，從而有可能導(dǎo)致在墻體剛度較薄弱的部位或者一些墻體的截面突變部位產(chǎn)生裂縫。例如墻角是應(yīng)力較為集中的位置，就比較容易出現(xiàn)裂縫。

3、應(yīng)力裂縫

此類(lèi)裂縫的形成主要是由混凝土結(jié)構(gòu)的徐變收縮造成的，其中結(jié)構(gòu)的自身收縮、塑性收縮、碳化收縮以及干燥收縮是比較常見(jiàn)的集中裂縫形式。在建筑物的混凝土澆筑完成后，在其收縮硬化的過(guò)程中，會(huì)因其內(nèi)部水分的持續(xù)蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土自身的體積不斷減小，進(jìn)而產(chǎn)生收縮，在混凝土的收縮過(guò)程中由于支座對(duì)其的約束力，限制了其自由伸展。隨著約束力的逐漸加大，勢(shì)必會(huì)造成現(xiàn)澆筑混凝土板產(chǎn)生裂縫，裂縫的位置一般位于應(yīng)力比較集中的部位。另外，如果在混凝土強(qiáng)度還未達(dá)到一定值時(shí)就提前拆模或者混凝土尚未完全固結(jié)時(shí)就在其上施加荷載，均會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

4、溫度應(yīng)力造成的裂縫

此類(lèi)裂縫的形成主要是由于混凝土澆筑完成后，難以將聚積于混凝土內(nèi)部的水泥水化熱散發(fā)出去，混凝土內(nèi)部溫度相對(duì)較高，而混凝土外表由于與外界接觸，其表面溫度會(huì)因外界環(huán)境的影響熱量散發(fā)較快，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部分的溫差較大，造成混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，而內(nèi)部則出現(xiàn)壓應(yīng)力。而混凝土由于剛完成澆筑不久，齡期較短，其抗拉強(qiáng)度不足，從而造成表面拉應(yīng)力大于混凝土自身極限抗拉強(qiáng)度，在混凝土表明出現(xiàn)溫度裂縫。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)控工程裂縫的應(yīng)用

1、通過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)控墻體溫度裂縫

墻體溫度裂縫主要是由于房屋長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光輻射，使屋面板的溫度比墻體的溫度高出很多，在炎熱的夏季甚至高出兩倍左右。但即使在溫度相同的條件下，鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)也為磚砌體的兩倍，因此屋蓋的膨脹變形遠(yuǎn)大于墻體，兩者變形不協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)屋面板的變形對(duì)墻體產(chǎn)生很大的水平推力，從而使墻體與屋面的接觸面受剪。當(dāng)應(yīng)力大于墻體強(qiáng)度時(shí)，墻體就產(chǎn)生裂縫。對(duì)于平面為矩形的建筑物來(lái)說(shuō)，房屋兩端第一、第二開(kāi)間墻體承受的溫度應(yīng)力最大，墻體裂縫也較嚴(yán)重，因此墻體溫度裂縫一般為兩端重、中間輕、向陽(yáng)重、背陽(yáng)輕。磚混結(jié)構(gòu)溫度裂縫是普遍存在的現(xiàn)象，由于其潛在著危害性，因此早已引起人們的關(guān)注。應(yīng)加強(qiáng)以下措施的實(shí)施：

1.1 在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整樓房高度，盡量使屋面的標(biāo)高一致。對(duì)于錯(cuò)層的房屋宜在錯(cuò)層部位所有縱橫墻相交處設(shè)置墻構(gòu)造柱。

1.2 設(shè)置圈梁是抵抗溫度裂縫的有效辦法。圈梁與構(gòu)造柱相連接，形成約束各片墻體的縱向和橫向框格，使墻體保持一個(gè)整體的箱型結(jié)構(gòu)，改善了砌面的受力性能，提高了砌體的抗裂能力。屋面圈梁宜每道墻設(shè)置，避免采用半圈梁引起應(yīng)力集中，其余各層圈梁按規(guī)范要求設(shè)置。

1.3 使用微膨脹混凝土可提高結(jié)構(gòu)抵抗溫度裂縫的能力。只有微膨脹混凝土的配合比合適，施工養(yǎng)護(hù)好，使用微膨脹混凝土可以避免或減輕屋面板溫度裂縫的產(chǎn)生。另外，在設(shè)計(jì)中，一定要慎重處理超長(zhǎng)建筑混凝土中加入微膨脹劑的問(wèn)題。通常，由于加入微膨脹劑后混凝土的膨脹率有很大的離散性，所以往往很難在計(jì)算上解決微膨脹劑添加量與伸縮縫設(shè)置間距的定量關(guān)系，所以，在實(shí)際應(yīng)用中，采用了微膨脹劑后，仍然要結(jié)合其他措施，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)尿?yàn)算，才能超出規(guī)范的限制加大伸縮縫的間距。

2、控制現(xiàn)澆混凝土樓板產(chǎn)生裂縫的措施

由于用戶(hù)對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)情況不甚了解，房屋一旦出現(xiàn)裂縫，使用戶(hù)產(chǎn)生部安全感或恐慌，有的裂縫會(huì)造成屋面、墻面、地面滲漏，門(mén)窗變形、外墻抹面脫落等現(xiàn)象，給用戶(hù)帶來(lái)許多煩惱，因此在房屋設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)高度重視，認(rèn)真分析，使裂縫隱患盡可能消除。為了有效防止和減輕現(xiàn)澆混凝土樓板產(chǎn)生裂縫，應(yīng)加強(qiáng)以下的措施：

2.1 在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體剛度，防止因房屋不均勻沉降引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力、剪應(yīng)力產(chǎn)生，從而降低結(jié)構(gòu)地抵抗溫度應(yīng)力的能力。

2.2現(xiàn)澆混凝土樓板配筋方面，盡量使用直徑較細(xì)間距較密的配筋方案，做到“細(xì)一點(diǎn)、密一點(diǎn)”。同層同方向的鋼筋直徑相差不宜大于一個(gè)級(jí)別。對(duì)需嚴(yán)格控制裂縫的部位，建議全部采用熱軋帶肋鋼筋以增強(qiáng)其握裹力，樓板的分布筋與構(gòu)造筋宜采用變形鋼筋來(lái)增強(qiáng)與混凝土的握裹力，對(duì)于小直徑的分布筋與構(gòu)造筋來(lái)說(shuō)，用冷軋鋼筋比用光圓鋼筋對(duì)減少裂縫的效果更好。邊跨端支座的負(fù)彎矩鋼筋宜在端跨內(nèi)整垮拉通并延伸過(guò)第二支座，讓墻體變形與樓板變形能通過(guò)拉通的負(fù)筋逐漸傳遞到中跨去，協(xié)調(diào)三個(gè)構(gòu)件在溫度應(yīng)力作用的變形。單向板中單位長(zhǎng)度分布筋不得少于5根，受溫度變化影響較大時(shí)（如屋面板），其分布筋應(yīng)適當(dāng)增加。

2.3屋面層陽(yáng)角處、東西兩單元和跨度≥3.9m時(shí)，應(yīng)設(shè)置雙層雙向鋼筋，陽(yáng)角處鋼筋間距不宜大于100mm跨度≥3.9m的樓板鋼筋間距不宜大于150mm?？缍?3.9m的現(xiàn)澆樓板上面負(fù)彎矩鋼筋應(yīng)一隔一拉通。

2.4外墻角處應(yīng)設(shè)置放射筋，配筋范圍應(yīng)大于板跨的1/3，且長(zhǎng)度小于2.0m，每一角處放射筋數(shù)量不少于7根，鋼筋間距不宜大于100mm。以此來(lái)滿足板角應(yīng)力的需要，使現(xiàn)澆板產(chǎn)生裂縫的應(yīng)力作用范圍與放射筋相一致，從而有效地改觀和控制裂縫的產(chǎn)生。

2.5為了防止預(yù)埋PVC電線管對(duì)樓板的影響，在預(yù)埋時(shí)設(shè)置支架固定PVC管，嚴(yán)禁兩根管線交叉疊放，確需交叉時(shí)應(yīng)采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的塑料接線盒，以防止塑料管在管線交叉時(shí)對(duì)混凝土厚度消弱過(guò)多。在預(yù)埋電線管上部應(yīng)配置鋼筋網(wǎng)片（4@100mm寬度600mm）。

3鋼纖維混凝土在裂縫控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)對(duì)鋼筋混凝土梁進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到裂縫寬度不滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的寬度要求，經(jīng)常通過(guò)一些措施進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如增加截面尺寸、提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)、減少鋼筋直徑或增大鋼筋截面面積等；通過(guò)這些措施使裂縫寬度滿足設(shè)計(jì)要求。但在某些情況下，采取這些措施并不能解決問(wèn)題，甚至有些特殊情況下，由于已有建筑、結(jié)構(gòu)的限制等根本不能采取這些措施。

近年來(lái)，鋼纖維混凝土理論有了較大的發(fā)展，已趨于成熟。但在工程實(shí)際中的應(yīng)用還有待推廣。在鋼筋混凝土梁的底部加入適當(dāng)?shù)匿摾w維。使其與鋼筋混凝土梁中的鋼筋共同抵抗開(kāi)裂，可明顯提高抗裂能力；使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)抗裂度或裂縫寬度的規(guī)定。對(duì)于鋼筋鋼纖維混凝土梁，當(dāng)摻入鋼纖維的體積率在1.0%-1.5%，受拉區(qū)鋼纖維混凝土層達(dá)到0.3倍的截面高度時(shí)，鋼纖維就能很好的降低裂縫寬度。同時(shí)，受拉區(qū)鋼纖維混凝土層達(dá)到0.3倍的梁截面高度后，彎拉性能將接近全截面鋼纖維混凝土梁。

鋼筋鋼纖維混凝土構(gòu)件的正常使用性能比鋼筋混凝土構(gòu)件有明顯改善的主要原因有：鋼纖維依靠粘結(jié)力給混凝土基體裂縫尖端應(yīng)力場(chǎng)施加了一個(gè)反向的應(yīng)力場(chǎng)，緩和了混凝土基體裂縫尖端的應(yīng)力集中，阻止了裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，使荷載作用下的裂縫開(kāi)展滯后，使構(gòu)建開(kāi)裂較晚；跨越裂縫的鋼纖維扔能傳遞應(yīng)力，使這些鋼纖維與未裂混凝土共同承擔(dān)裂縫截面上的部分拉力，降低了裂縫截面上的鋼筋應(yīng)力，對(duì)裂縫開(kāi)展起這約束作用，提高了裂縫之間混凝土的整體性和構(gòu)件的剛度；鋼纖維增強(qiáng)了混凝土與縱向鋼筋間的粘接錨固力，使鋼筋的粘接滑移減小，既降低了鋼筋的平均應(yīng)變，又使主裂縫間鋼纖維混凝土平均拉應(yīng)變顯著提高，并產(chǎn)生許多微細(xì)裂縫，從而降低了主裂縫寬度。

由實(shí)際工程與理論計(jì)算可見(jiàn)，當(dāng)梁受拉區(qū)適當(dāng)范圍內(nèi)加入適當(dāng)?shù)匿摾w維，保持在不改變?nèi)魏我延袟l件的情況下，梁的最大裂縫寬度降低，抗裂度提高，這種方法可以很好的應(yīng)用于人民防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也可以用于對(duì)抗裂度要求較高的各種混凝土結(jié)構(gòu)；同時(shí)，此方法的應(yīng)用可使一些復(fù)雜繁瑣的裂縫寬度演算、控制的措施變得簡(jiǎn)單。

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