房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制策略分析

童 利

(中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430070)

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生裂縫的不利影響

1.1 降低安全性能

在房屋建設(shè)中，如果現(xiàn)澆混凝土出現(xiàn)了裂縫，那么會(huì)造成很多的不安全隱患；并且，隨著時(shí)間的推移，裂縫的面積和深度也會(huì)越來(lái)越大，直接影響混凝土的承載能力，造成結(jié)構(gòu)的承載能力下降，其耐久性能也會(huì)降低；如果情況嚴(yán)重，會(huì)直接造成混凝土結(jié)構(gòu)的倒塌，引發(fā)更多的危險(xiǎn)事故。

1.2 加劇水的滲漏

如果現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生了裂縫，在下雨天或者潮濕的環(huán)境下，水分會(huì)進(jìn)入建筑物的內(nèi)部，造成腐蝕、溶化等情況，導(dǎo)致建筑物的損壞；并且，滲入到建筑內(nèi)部的水分不會(huì)輕易被排出來(lái)，如果溫度下降到了0℃以下，那么滲進(jìn)去的水分會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)低而發(fā)生結(jié)冰、膨脹等現(xiàn)象，進(jìn)一步造成裂縫的擴(kuò)大，加劇水的滲漏。

1.3 增加鋼筋的腐蝕

如果出現(xiàn)了裂縫，會(huì)造成混凝土內(nèi)部的一部分鋼筋直接暴露在空氣中，受到二氧化硫、二氧化碳等有害物質(zhì)的腐蝕，造成鋼筋的銹化，對(duì)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不利的影響；如果銹蝕的情況嚴(yán)重，那么不斷產(chǎn)生的銹跡會(huì)積累在鋼筋上，并且不斷鼓脹，達(dá)到一定程度的時(shí)候，會(huì)將混凝土的保護(hù)層頂破，然后形成新裂縫，新裂縫又會(huì)因?yàn)轭愃频那闆r產(chǎn)生新銹蝕，如此反復(fù)，最終的結(jié)果就是整個(gè)混凝土保護(hù)層破裂甚至脫落，從而使其失去支撐、固定的作用，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)崩塌。

2 房屋建筑現(xiàn)澆混凝土施工中裂縫的產(chǎn)生原因

2.1 收縮裂縫

在某些情況下，由于施工等原因造成的裂縫是正?，F(xiàn)象，例如在不影響建筑物承重、負(fù)荷的情況下，存在小于0.05 mm的裂縫，由于其產(chǎn)生的危害基本上微乎其微，所以不屬于重大的裂縫類型，但是也是屬于收縮裂縫的一種。收縮裂縫就是來(lái)自于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因?yàn)榛炷猎谀踢^(guò)程中，如果體積發(fā)生變化的過(guò)程，就容易產(chǎn)生的內(nèi)部裂縫。一般情況下，在進(jìn)行混凝土施工的時(shí)候，天氣炎熱是造成裂縫的直接原因，例如水泥的水化熱現(xiàn)象、高溫下的斷裂現(xiàn)象等，這些裂縫彼此之間沒(méi)有形成交叉重合，是以規(guī)則的條狀的形式出現(xiàn)，一般分布在與鋼筋平行的截面位置，但是其產(chǎn)生的危害是非常大的，也會(huì)給建筑物帶來(lái)直接的不利影響。

2.2 超載裂縫

在進(jìn)行混凝土施工的時(shí)候，如果表面的構(gòu)件承重、負(fù)荷能力過(guò)大，很容易產(chǎn)生超載裂縫；如果是由于剪力較大的原因，那么超載裂縫是以上部向下部的方向進(jìn)行延伸，呈現(xiàn)斜向方式；一般情況下，裂縫所呈現(xiàn)的是垂直的縱向細(xì)縫，但是，如果因?yàn)閮?nèi)部的構(gòu)件位置受到了很大的彎矩壓力，那么裂縫的延伸方向就是相反的。

2.3 材料使用不當(dāng)引起的裂縫

除了收縮、超載會(huì)引起裂縫，材料使用不當(dāng)也會(huì)引起裂縫，例如材料品類、大小、摻量、表面積大小、水泥干縮等方面，都是產(chǎn)生裂縫的主要因素。其中有兩點(diǎn)是至關(guān)重要的影響因素：①骨料是引起水泥石收縮的約束相，要想使混凝土的收縮減少，那么需要加大骨料的最大粒徑、降低砂率、砂的細(xì)度模數(shù)等方面，以實(shí)現(xiàn)最佳的收縮效果；其中，骨料相關(guān)的吸水率對(duì)現(xiàn)澆板的硬度、剛度及可壓縮性都產(chǎn)生了一定的影響，如果骨料對(duì)于水泥產(chǎn)生的壓縮系數(shù)小，那么骨料的吸水率大一些，現(xiàn)澆板的收縮也會(huì)變大；除此之外，用水量、水泥用量、水灰比、砂率、灰漿比等因素也會(huì)造成裂縫的產(chǎn)生；②粉煤灰的表面積較小，粉煤灰摻量的多少會(huì)直接影響混凝土的干燥收縮功能，如果摻量增加，那么收縮會(huì)減小。

2.4 氣候原因所造成的裂縫

由于材料的種類不同，會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)力，如果外部天氣過(guò)于炎熱，那么不同的材料會(huì)因?yàn)閼?yīng)力的不同而產(chǎn)生不同的反應(yīng)，如果這種應(yīng)力反應(yīng)超過(guò)材料的承重、負(fù)荷的最大極限，那么就會(huì)造成裂縫的產(chǎn)生；由于在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)使用很多不同類型的材料，而每種材料膨脹現(xiàn)象的環(huán)境要求是不一樣的，因此，即使處于相同的外部環(huán)境，溫度都是一樣的，兩種材料也會(huì)因?yàn)樽陨淼牟馁|(zhì)問(wèn)題、溫差問(wèn)題而產(chǎn)生剪力，當(dāng)發(fā)生應(yīng)力大于剪力的情況，就會(huì)直接造成裂縫的產(chǎn)生。

3 現(xiàn)澆混凝土裂縫的控制措施

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制措施

1)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于自身預(yù)應(yīng)力、外部環(huán)境等方面的影響，很容易發(fā)生結(jié)構(gòu)斷面突變的情況。一般情況下，如果構(gòu)件應(yīng)力太過(guò)集中，那么就會(huì)產(chǎn)生裂縫。因此，為了更好地避免裂縫的產(chǎn)生，可以使用梁板結(jié)構(gòu)，并且提升梁板構(gòu)件的強(qiáng)度及硬度，以有效減少應(yīng)力突變帶來(lái)的不利影響，也可以通過(guò)減少樓板開洞形成的細(xì)腰現(xiàn)象以減少裂縫的產(chǎn)生。

2)在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適數(shù)量的鋼筋配置，如果存在鋼筋數(shù)量太少或者鋼筋過(guò)大、過(guò)粗等不符合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況，那么后期很容易產(chǎn)生現(xiàn)澆混凝土裂縫。因此，在進(jìn)行鋼筋選擇的時(shí)候，需要結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求，并且選擇合適的墻板、樓面等薄壁構(gòu)件的鋼筋配置。

3)在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要考慮到混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，很多情況下，混凝土裂縫是因?yàn)榛炷恋氖湛s而產(chǎn)生的，因此，為了防止混凝土產(chǎn)生收縮的情況，需要在初步設(shè)計(jì)的時(shí)候，有計(jì)劃性的使用補(bǔ)償收縮的混凝土技術(shù)，即摻加合適分量的膨脹劑進(jìn)行中和，避免出現(xiàn)混凝土收縮情況。

4)在初步設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要將混凝土構(gòu)件可能出現(xiàn)的各類收縮變形情況考慮在內(nèi)。首先，在進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要做到科學(xué)、合理，具有可行性，并且從房屋結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況出發(fā)，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，設(shè)計(jì)出一套兼具實(shí)用、合理、有效的實(shí)施方案，確保施工的順利開展。同時(shí)，需要注意的是，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要確保房屋建筑結(jié)構(gòu)具備足夠的承載力，可以有效應(yīng)對(duì)裂縫、變形等情況。其次，需要針對(duì)房屋建設(shè)中出現(xiàn)的裂縫情況進(jìn)行針對(duì)性的技術(shù)處理和設(shè)計(jì)，例如，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)的裂縫，可以通過(guò)使用“放”與“抗”的原則，進(jìn)行有效預(yù)防；其中，“抗”原則是非常重要的，可以有效加強(qiáng)混凝土對(duì)抗變形、避免裂縫產(chǎn)生等性能，還可以提高其抗拉伸能力，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，是至關(guān)重要的。所謂“抗”原則，就是指通過(guò)在某些部位的構(gòu)造上增加配筋，以加強(qiáng)混凝土的彈性極限拉伸程度，從而可以進(jìn)行有效、靈活調(diào)節(jié)，應(yīng)對(duì)因構(gòu)件變形而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的情況。可以通過(guò)增加配筋以實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)著十分重要的位置，很多情況下，為了有效避免房屋建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，會(huì)在梁側(cè)增加一部分縱向的鋼筋，在屋面板角部增設(shè)相應(yīng)的雙向鋼筋網(wǎng)，并在磚混結(jié)構(gòu)的樓面板設(shè)置圈梁，以提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗裂縫能力。需要注意的是，如果增加了配筋的數(shù)量，那么產(chǎn)生收縮裂縫的可能性就會(huì)增加，所以，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行合理的增加，實(shí)現(xiàn)其功能最大化，同時(shí)又可以有效控制裂縫的產(chǎn)生。

3.2 選材和配合比設(shè)計(jì)措施

1)選擇符合房屋建筑要求的混凝土、水泥等原材料，包括其品牌、等級(jí)、性能等方面都要考慮在內(nèi)。

2)在選擇含砂量配比的時(shí)候，需要符合相關(guān)的規(guī)定，選擇品質(zhì)優(yōu)良的砂、石等原材料，并確保在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)合理的水灰比、砂率等比例，避免混凝土出現(xiàn)離析、泌水、保水性不良等問(wèn)題。

3)在進(jìn)行添加摻和料、外加劑的時(shí)候，不可進(jìn)行盲目添加，需要選擇合適的類型數(shù)量，以提高混凝土的性能。

4)由于水泥在施工中的使用量是非常大的，因此隨著水泥用量的增加，那么水泥漿體積也會(huì)隨著增加，坍落度也會(huì)變大，收縮也會(huì)呈現(xiàn)變大的趨勢(shì)，所以，在進(jìn)行配比設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的混凝土設(shè)計(jì)坍落度。

5)需要正確使用混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的不同膨脹效果，選擇添加不同種類、性能的膨脹劑，并且控制合理的摻和數(shù)量。

3.3 結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)措施

在混凝土結(jié)構(gòu)材料中，存在著非均勻性特征，因此，在拉力作用下，相關(guān)的截面會(huì)產(chǎn)生不同類別、大量的不規(guī)則的應(yīng)力集中點(diǎn)，如果這些應(yīng)力集中點(diǎn)積累到一定的高度和強(qiáng)度，那么就會(huì)發(fā)生變形的情況，如果變形的情況沒(méi)有得到改善，持續(xù)加重，那么最終就會(huì)出現(xiàn)裂縫；因此，為了有效避免變形和裂縫的產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要選擇合適的配筋數(shù)量，一方面可以實(shí)現(xiàn)降低混凝土內(nèi)應(yīng)力的作用，另一方面，如果增加混凝土出現(xiàn)裂縫，可以進(jìn)一步增加了混凝土的極限拉伸效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的有效控制，需要首先了解裂縫帶來(lái)的不利影響，因?yàn)榱芽p會(huì)直接降低建筑物的安全性能，加劇水的滲漏現(xiàn)象，增加鋼筋的腐蝕，而混凝土裂縫主要為收縮裂縫、超載裂縫、材料使用不當(dāng)引起的裂縫、氣候原因所造成的裂縫。因此，為了有效避免裂縫的產(chǎn)生，需要從選材和配合比設(shè)計(jì)方面入手，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，嚴(yán)格把控房屋結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)原則，通過(guò)合理的配筋、摻加外加劑等方式，預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)變形和產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，從而確保工程質(zhì)量和施工的順利開展。