淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫原因及解決對策

盧澤

（中信建筑設(shè)計研究總院有限公司 湖北武漢 430014）

引言

現(xiàn)代建筑多是采用混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫的存在無法完全避免，如何對裂縫進行有效控制和處理是工程技術(shù)人員需要深入研究的課題。裂縫的存在會對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生威脅，也會影響到建筑工程的質(zhì)量，而想要對裂縫問題進行解決，必須了解其類型和成因，針對裂縫的性質(zhì)，采取切實可行的應(yīng)對策略。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中裂縫的類型

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，比較常見的裂縫類型有幾種：①沉降收縮裂縫，主要是由于地基土質(zhì)不均、含水量大或者回填不實等因素引發(fā)的不均勻沉降導(dǎo)致，也可能是模板本身剛度不足，支撐間距設(shè)置不合理，尤其是在冬季，如果模板支撐在凍土層，當溫度上升時，凍土解凍就會產(chǎn)生不均勻沉降，這就可能會引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)開裂問題；②塑性收縮裂縫，是指在混凝土凝結(jié)前，表面失水過快引發(fā)結(jié)構(gòu)體積的急劇收縮，在收縮應(yīng)力超過混凝土抵抗強度時，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面開裂。一般情況下，塑性收縮裂縫多出現(xiàn)在大風(fēng)或者干熱天氣；③溫度應(yīng)力裂縫，通常出現(xiàn)在大體積混凝土或者溫差變化較大的區(qū)域，主要是因為混凝土產(chǎn)生的水化熱積聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部無法及時散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，結(jié)構(gòu)表面則散熱較快，過于強烈的內(nèi)外溫差導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外膨脹收縮程度不同，由此產(chǎn)生的拉應(yīng)力如果超出了混凝土本身的抗拉強度極限值，就會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫原因分析

2.1 溫度應(yīng)力的影響

在建筑工程之中，溫度應(yīng)力則是影響建筑工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵因素，但是引發(fā)溫度應(yīng)力出現(xiàn)變化的原因，主要集中在建筑工程的約束應(yīng)力與自生應(yīng)力之上。建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度之間的差異，會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)自生應(yīng)力，經(jīng)常性的會發(fā)生在部分尺寸相對較大的構(gòu)件之上。在早晚溫差過大或混凝土表面受熱不均，那么建筑物的自生應(yīng)力就會逐步的引發(fā)裂縫的出現(xiàn)。另外在實際設(shè)計方案中，既沒有設(shè)計相應(yīng)的保護措施，也沒有注明預(yù)防溫度裂縫的內(nèi)容，只是按照施工人員自身的實踐經(jīng)驗控制溫度裂縫。

2.2 貫穿裂縫的影響

貫穿裂縫的出現(xiàn)主要是因為混凝土發(fā)生大范圍的形變，再將水泥和水混合在一起會出現(xiàn)大量的熱，但是在塑性的階段之中，由于溫度的慢慢變高，所以彈性模量相應(yīng)的就會變小，但是變形而引發(fā)的應(yīng)力相對較小，因此可以直接忽略不計，但是，在混凝土溫度降低的過程之中，混凝土?xí)霈F(xiàn)形變，水分蒸發(fā)會導(dǎo)致混凝土體積出現(xiàn)收縮而發(fā)生形變。建筑結(jié)構(gòu)由于受到地基和空間因素的限制，從而導(dǎo)致應(yīng)力的出現(xiàn)，但是大于自身可以承受力度的情況之下，就會出現(xiàn)貫穿裂縫。

2.3 鋼筋腐蝕的影響

對于鋼筋而言，其是保障整個建筑工程項目結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要材料，表面會有一層混凝土的保護層。由于混凝土保護層的質(zhì)量和相應(yīng)的標準不一致，那么鋼筋就會和氯化物以及二氧化碳產(chǎn)生反應(yīng)。另外針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要分配結(jié)構(gòu)材料的使用，材料屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)部分，容易影響建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)穩(wěn)定性。例如：建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋材料，如果設(shè)計不合格、不規(guī)范就會引起碳化銹蝕的問題，鋼筋碳化直接影響周圍的密實環(huán)境，破壞了混凝土的完整性，混凝土開裂后暴露了內(nèi)部的鋼筋，促使工程裂縫處于惡性環(huán)境中，嚴重時可能引起安全事故。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)裂縫的解決對策

3.1 使用有效的溫度裂縫控制

首先要對混凝土結(jié)構(gòu)進行合理選擇，根據(jù)工程實際情況及相關(guān)標準要求，確定工藝形式，做好細節(jié)控制。在此基礎(chǔ)上，需要全面考慮各方面影響因素，提前采取有效的應(yīng)對措施。首先對結(jié)構(gòu)裂縫影響較大的溫度裂縫問題，在結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局過程中，設(shè)計人員應(yīng)遵循簡單實用的原則，避免出現(xiàn)較多的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)凹凸變化等。如果存在不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在溫度的影響下，更容易出現(xiàn)裂縫。同時應(yīng)合理設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)每部分的尺寸，在保證滿足設(shè)計規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，盡可能減小溫度伸縮和建筑結(jié)構(gòu)長度的差距，使材料變形控制在一定范圍內(nèi)，避免因溫差引起的拉應(yīng)力導(dǎo)致材料變形過大，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。

3.2 控制施工材料的質(zhì)量

水泥品種的選擇是防止混凝土裂縫的關(guān)鍵。因此，應(yīng)盡量選擇水化熱低、干縮性小、抗裂性好的水泥作為原材料，如粉煤灰水泥等。同時，也要挑選品質(zhì)較好的骨料，即選用潔凈、級配良好的砂石骨料；嚴格控制活性骨料和骨料的含泥量；盡量使用中砂或粗砂，不宜使用細砂等。所以設(shè)計師可以對照建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，提前審核匹配的材料，及時發(fā)現(xiàn)不符合性能標準的材料，聯(lián)系廠家進行調(diào)換，確保工程材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計相符，通過控制材料設(shè)計保護材料的質(zhì)量，排除材料對建筑結(jié)構(gòu)的裂縫干擾，處理結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂縫問題。

3.3 確保結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計的科學(xué)合理性

以往在工程實踐活動中，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫問題的主要原因是前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。設(shè)計人員沒有按照要求，到施工現(xiàn)場進行考察，對使用的材料也不夠了解，單方面的按照相關(guān)標準規(guī)范要求進行設(shè)計。在這種情況下，建筑結(jié)構(gòu)尺寸與現(xiàn)場實際限制條件不符，一方面容易影響施工的正常進行，另一方面也容易因盲目施工而引發(fā)結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題。因此，在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計活動中，需要盡可能詳細的采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，到實地進行考察和測量，合理建立建筑結(jié)構(gòu)標準剛度體系，根據(jù)實際情況設(shè)計各部分的尺寸。

3.4 規(guī)范結(jié)構(gòu)受力設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該加強受力平衡的控制。建筑結(jié)構(gòu)受力設(shè)計中，應(yīng)以建筑整體為原則，維護結(jié)構(gòu)受力的規(guī)范性。建筑設(shè)計師應(yīng)熟悉掌握結(jié)構(gòu)的基本受力原理，保持受力分析與受力圖的一致性，明確建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)外效應(yīng)。建筑結(jié)構(gòu)受力設(shè)計中，需要注重強度、剛度及穩(wěn)定性，例如：某20層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計師提高了構(gòu)件抵抗力學(xué)破壞和抵御變形的能力，通過構(gòu)件消除受力不足造成的結(jié)構(gòu)裂縫，促使構(gòu)件在外力干擾的作用下，保持原有平衡的狀態(tài)，由此即可規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡，預(yù)防受力不平衡引起的深度裂縫。

3.5 優(yōu)化混凝土設(shè)計

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，將混凝土設(shè)計作為一項重點，全面優(yōu)化混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計。以某建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)為例，分析優(yōu)化設(shè)計的途徑：①該工程混凝土的抗拉、抗剪等指標滿足規(guī)范要求，著重設(shè)計易出現(xiàn)裂縫的部位，該工程加強了構(gòu)件的配筋，用于提升鋼筋混凝土的抗拉強度，降低了混凝土開裂的幾率；②該工程結(jié)合地基勘察結(jié)果，進行優(yōu)化設(shè)計，消除地基沉降引起的附加應(yīng)力，通過加設(shè)鋼筋防止開裂，同時優(yōu)化鋼筋的數(shù)量和分布，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的整體性；③該工程細化了混凝土澆筑設(shè)計，目的是防止水化熱引起熱脹冷縮，完善混凝土結(jié)構(gòu)?；炷猎诮ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計中起到?jīng)Q定性的作用，也是裂縫多發(fā)部分，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須強化混凝土設(shè)計，保障建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對其使用安全有直接影響，建筑結(jié)構(gòu)的裂縫是嚴重影響建筑質(zhì)量與安全性能的主要問題之一，技術(shù)人員在實踐中應(yīng)給予其高度重視，重視建筑工程的設(shè)計環(huán)節(jié)，不斷提升設(shè)計的可行性與科學(xué)性。