工程結(jié)構(gòu)裂縫的性狀及成因分析

陳香鳳+徐建軍

【摘要】裂縫在工程結(jié)構(gòu)中非常普遍，本文對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的常見裂縫進行了描述，闡述了不同部位、不同形狀裂縫的成因，可為在設(shè)計、選材、施工等環(huán)節(jié)的裂縫控制提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)；裂縫；性狀；成因

【Abstract】Cracks are very common in engineering structures. Common cracks in reinforced concrete structures and masonry structures are described in this paper. The causes of fractures in different parts and shapes are described， which can provide reference for crack control in design， material selection and construction. in accordance with.

【Key words】Structure；Crack；Trait；Cause

建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是非常普遍的現(xiàn)象，其中最常見的要數(shù)鋼筋混凝土構(gòu)件以及磚墻裂縫。工程中混凝土構(gòu)件和磚墻的開裂，絕大多數(shù)是由材料收縮及外部溫度作用、支座沉降、荷載作用這三大類原因造成的。

1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常見裂縫性狀及原因分析

1.1混凝土收縮及外部溫度作用[1]

1.1.1收縮裂縫。

混凝土在凝結(jié)、硬化過程中，由于材料自身收縮而形成的裂縫即為混凝土的收縮裂縫，其成因還可細分為：塑性收縮、干縮、自生收縮、炭化收縮等。塑性收縮是混凝土在澆筑后尚未硬化時，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，從而引起混凝土失水收縮。一般與施工過程中水灰比過大、攪拌時間過長、下料太快、振搗不密實等因素有關(guān)；混凝土在空氣中結(jié)硬時，體積會逐漸減小，一般謂之干縮，干縮過程中表層水分損失速度和收縮程度大于內(nèi)部，當表面混凝土承受拉應(yīng)力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。對于超長建構(gòu)筑物，通過摻加微膨脹劑等方式可基本解決混凝土早期干縮的問題；自生收縮是指水泥水化及礦物參合料的二次水化作用等，使混凝土在宏觀上表現(xiàn)出來的體積縮小的現(xiàn)象；炭化收縮是大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學反應(yīng)引起的收縮變形，發(fā)生在濕度50%左右的環(huán)境下，且隨CO2濃度的增加而加快?；炷恋氖湛s值一般為0.2～0.4‰，收縮裂縫寬度較細，大部分屬表面裂縫，形狀無規(guī)則，早期發(fā)展快、后期緩慢。

1.1.2溫度裂縫。

溫度收縮裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)最常見的一種裂縫，混凝土線膨脹系數(shù)一般為1×10-5/℃。當環(huán)境溫度變化而材料收縮變形受阻及應(yīng)力超標時便會產(chǎn)生裂縫，此類裂縫一般集中于屋面板和建筑物上部樓層的樓板上以及大體積混凝土結(jié)構(gòu)中。據(jù)調(diào)查，收縮裂縫與原材料品質(zhì)、施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)類型較為密切。一般，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)或超靜定結(jié)構(gòu)較裝配式結(jié)構(gòu)或靜定結(jié)構(gòu)收縮裂縫多；平面尺寸大、施工質(zhì)量差的房屋收縮裂縫相對較多。

1.2支座沉降。

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，當?shù)鼗A(chǔ)承載力不均勻或地基承載力均勻但建筑物建成后各不同部位荷載差異較大，導致地基產(chǎn)生不均勻沉降，這種不均勻沉降在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力及剪應(yīng)力，當這些應(yīng)力超過材料的相應(yīng)強度時，結(jié)構(gòu)便會在最薄弱的部位產(chǎn)生裂縫。此類裂縫有斜向裂縫、豎向裂縫、水平裂縫三種。

1.3荷載作用。

荷載裂縫，是外荷載作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫，又稱受力裂縫。荷載裂縫在施工中和使用中都可能出現(xiàn)，且引起該類裂縫的因素眾多：早期受震、拆模過早或方法不當、構(gòu)件堆放、運輸、吊裝時的墊塊或吊點位置不當、施工超載、張拉預(yù)應(yīng)力值過大等均是引發(fā)荷載裂縫的誘因。而最常見的是鋼筋混凝土梁、板、柱等主要受力構(gòu)件在使用荷載作用下出現(xiàn)的裂縫，而這些裂縫一般可通過計算分析得出其發(fā)展規(guī)律。對于受彎構(gòu)件往往是跨中正截面受彎開裂，支座處斜截面受剪開裂，典型的簡支梁跨中正截面受彎裂縫，垂直于梁軸，下大上??；端部斜截面受剪裂縫，由支座指向梁頂集中荷載。對于軸心受壓構(gòu)件，裂縫縱向分布，中間稍密，比如軸心受壓鋼筋混凝土柱。而大偏心受壓柱，因平面外的彎曲作用，在最大彎矩的受拉面是裂縫集中的部位，呈水平走向，垂直于柱軸，外大內(nèi)??；且當荷載達極限荷載時，混凝土受壓面將被壓碎。牛腿裂縫多為斜裂縫，受剪裂縫由集中荷載作用點向牛腿外斜面與下柱面交匯點延伸；受彎裂縫由支承面與上柱面交匯點向柱內(nèi)延伸。框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆樓蓋，板面裂縫集中在支座處（梁邊），成環(huán)狀分布；板底跨中彎曲裂縫成十字或米字。預(yù)應(yīng)力大型屋面板張拉裂縫，垂直于長軸，分布于板面且向板下延伸；有的縱肋預(yù)應(yīng)力筋端部還存在局壓裂縫。轉(zhuǎn)角陽臺或挑檐板裂縫位于板面，起始于墻板交界。[3]

2. 磚混結(jié)構(gòu)墻體常見裂縫性狀原因分析

2.1溫差裂縫。

磚混結(jié)構(gòu)的樓板是鋼筋混凝土構(gòu)件，而主要的承重構(gòu)件墻體卻是由粘土磚砌筑而成。而兩種材料線膨脹系數(shù)不同，在溫度發(fā)生變化時，二者之間變形不協(xié)調(diào)，致使房屋端部磚墻內(nèi)截面突變處或應(yīng)力集中等薄弱部位被剪、拉應(yīng)力剪斷、拉裂，這就是磚混結(jié)構(gòu)中的溫差裂縫。此類裂縫一般出現(xiàn)在房屋頂層端部一至兩個開間縱橫墻上，在梁底下四周墻上形成一圈水平縫。而在門窗洞口對角產(chǎn)生斜縫、八字縫。裂縫上寬下窄。

2.2地基不均勻沉降裂縫。

因地基不均勻沉降產(chǎn)生的磚墻裂縫，一般在房屋底層出現(xiàn)，且伴有地面開裂和房屋傾斜，嚴重的可能發(fā)展在兩層以上。裂縫一旦出現(xiàn)，便會隨著地基不均勻沉降的發(fā)展而逐漸加寬、延長。墻體可能會產(chǎn)生下寬上窄的豎縫，也可能在端部、門窗洞口對角等處產(chǎn)生斜縫、八字縫及水平包角縫。[2]

（1）斜向裂縫：主要發(fā)生在軟土地基上，當?shù)鼗痪鶆蛳鲁習r，墻體承受較大的剪切力，若切應(yīng)力超過了材料的抗剪強度，則墻體開裂。斜向裂縫若發(fā)生在縱墻的中部，從墻腳到窗臺呈“八字形”，且裂縫上窄下寬，則說明建筑物中部的地基沉降大于兩端部；斜向裂縫若發(fā)生在縱墻的兩端，呈“倒八字形”，裂縫上寬下窄，則說明建筑物兩端的沉降量大于中部。

（2）水平裂縫：水平裂縫往往在窗間墻的上下對角處成對出現(xiàn)。其產(chǎn)生的原因是沉降單元上部受到阻力，使窗間墻受到較大的水平剪力而發(fā)生上下位置的水平裂縫。沉降大的一側(cè)裂縫在下，沉降小的一側(cè)裂縫在上。

（3）豎向裂縫：豎向裂縫往往發(fā)生在縱墻中部的底層和頂層的窗臺處，呈上寬下窄狀。窗間墻承受荷載后，窗臺墻起著反梁作用，當窗間墻承受的集中荷載較大或窗口較寬大時，窗臺墻會因反向變形過大而開裂，甚至擠壞窗口。

2.3結(jié)構(gòu)性裂縫。

砌體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性裂縫一般發(fā)生在荷載較大、截面尺寸較小的底層窗間墻、磚柱等處，以及大梁、屋架支座等集中荷載作用的部位。其原因主要有：因荷載過大所產(chǎn)生的應(yīng)力超過砌體的承載能力；因施工不當、材料強度低等原因造成砌體承載能力低或局部承壓不足；構(gòu)件斷面突變、或因開洞留槽等原因引起應(yīng)力集中時砌體受壓破壞而產(chǎn)生豎向粉碎性裂縫，縫口上寬下窄，上段有不規(guī)則破碎裂縫。

3. 結(jié)論

以上討論的各種形式的裂縫根據(jù)其引導因素還可分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。其中，結(jié)構(gòu)性裂縫多由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力達到承載能力極限值而引起的，此時宣布結(jié)構(gòu)強度不足即將破壞，是比較危險的，必須對裂縫進行進一步分析，采取合理的加固處理措施。而溫度裂縫、收縮裂縫等由自身應(yīng)力形成的裂縫屬非結(jié)構(gòu)性裂縫，對結(jié)構(gòu)承載力的影響往往不大，可根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性、抗?jié)B、抗震、使用等方面要求采取修補措施。

參考文獻

[1]賴江華.淺談混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因及控制措施[D].福建：福建漳州奧鵬學習中心，2011.

[2]張振寧.磚混結(jié)構(gòu)房屋地基不均勻沉降裂縫診治[J].甘肅科技，2009（6）.

[3]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是怎么分類的？http：//jingyan.baidu.com/article/6525 d4b1320210ac7d2e9414.html.endprint