建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)裂縫的原因及對(duì)策研究

王拯岳

陜西古建園林規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，中國(guó)·陜西 西安 710000

1 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)也如火如荼，規(guī)模不斷擴(kuò)大。建筑工程也離不開混凝土結(jié)構(gòu)的使用，在廣泛應(yīng)用的過程中，發(fā)現(xiàn)有不少的建筑工程的混凝土結(jié)構(gòu)有裂縫現(xiàn)象發(fā)生，裂縫的成因多種多樣，處理起來也比較煩瑣，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和施工進(jìn)度都有不好的影響。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從業(yè)人員，應(yīng)該結(jié)合建筑施工環(huán)境和工藝環(huán)節(jié)的實(shí)際情況，探究各種裂縫現(xiàn)象發(fā)生的原因，并提出避免裂縫現(xiàn)象發(fā)生的措施，給出處理裂縫現(xiàn)象的方法。

2 混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因

2.1 施工工藝因素

建筑施工過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量都實(shí)實(shí)在在地直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量，若施工不當(dāng)，在施工過程中就會(huì)產(chǎn)生各式各樣的混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫現(xiàn)象。例如，混凝土成分配比不當(dāng)、成品品質(zhì)差或拌合物性能不佳等建材原料因素產(chǎn)生的建材裂縫；混凝土模板變形、拆模時(shí)間過早、模板配置不當(dāng)?shù)仍虍a(chǎn)生的模板裂縫；澆筑時(shí)的搗振環(huán)節(jié)不合格引起的混凝土夾渣、分層、漏漿等離析問題產(chǎn)生的澆筑裂縫；混凝土接槎時(shí)后澆帶、截面處理不當(dāng)產(chǎn)生的接槎裂縫；養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)的表層壓抹處理不力、覆蓋不及時(shí)、保溫保濕不當(dāng)?shù)犬a(chǎn)生的養(yǎng)護(hù)裂縫；預(yù)應(yīng)力估算不當(dāng)引起的錨固段局部構(gòu)造張拉失控產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力裂縫。

2.2 溫度因素

混凝土中含有水泥、水、砂、石子、礦物摻合料等等成分，通過合理的配比，用作建筑工程的主要建筑材料，也具有熱脹冷縮的特點(diǎn)，因此溫度的變化引起的熱量改變，也會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化，若熱量變化值劇烈，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。第一種類型的裂縫是水化熱引起的，即在混凝土在新拌時(shí)期，各成分發(fā)生水化反應(yīng)而釋放熱量，在凝固的過程之中，體積慢慢變大，若這個(gè)階段的混凝土中的熱量沒有完全揮發(fā)，殘留下來的熱量便會(huì)隨著時(shí)間慢慢積聚，混凝土內(nèi)部的溫度慢慢升高，而混凝土表面的溫度較內(nèi)部的溫度低，熱量從內(nèi)部到表面發(fā)生熱脹現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土開裂，這種裂縫類型常常發(fā)生在大體積的混凝土結(jié)構(gòu)之中。第二種類型的裂縫是外部溫度環(huán)境變化引起的，即大氣的溫度和濕度在不同季節(jié)和一天之中的不同時(shí)間段有很明顯的差異變化，因保溫不良、預(yù)制裝配式屋蓋的暴露部分不一等情況，由溫差引起的應(yīng)力強(qiáng)于混凝土本身的約束力而產(chǎn)生裂縫。同時(shí)，因混凝土泵送工藝和免振混凝土的普及運(yùn)用，混凝土的原材料成分配比的變化，水泥細(xì)度加大，膠凝材料活性加大等等因素都進(jìn)一步加大了現(xiàn)代混凝土的收縮變形，使得混凝土的體積變化在凝固過程中加劇，從而加大了產(chǎn)生裂縫的可能性[1]。

2.3 其他因素

混凝土結(jié)構(gòu)運(yùn)用在建筑工程中，必須承擔(dān)荷載重量的任務(wù)。建筑結(jié)構(gòu)的重量壓力從上往下傳遞，各個(gè)樓層的重量壓力從水平面的結(jié)構(gòu)梁傳至豎向構(gòu)件，再由豎向構(gòu)件傳至基礎(chǔ)構(gòu)件和地基土，若地基平面不是絕對(duì)的水平，就一定會(huì)使得基礎(chǔ)構(gòu)件有不同程度的沉降，這時(shí)整體差異的沉降和局部沉降都會(huì)引起上部結(jié)構(gòu)的裂縫。除此之外，混凝土的徐變現(xiàn)象也可能導(dǎo)致裂縫，即從微觀角度，混凝土本身也是有裂縫的，雖然肉眼不可見，但如果遇上大壓力的荷載，會(huì)催化混凝土材料的微觀運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間下來，裂縫也會(huì)慢慢累積出現(xiàn)。

3 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防治對(duì)策

3.1 管控建材質(zhì)量

建筑工程質(zhì)量得以保障的最重要的基礎(chǔ)因素是優(yōu)質(zhì)的建材原料，尤其是水泥的質(zhì)量，這直接關(guān)乎到混凝土的成品質(zhì)量、力學(xué)性能及成品的安全，在選購水泥等各類建材原料時(shí)，必須選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的有質(zhì)量保證文件認(rèn)證的產(chǎn)品。同時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)的不同部分，使用性能優(yōu)勢(shì)不同的產(chǎn)品，如在對(duì)抗裂性要求高的建筑局部結(jié)構(gòu)，可以選擇纖維混凝土，并注重骨料與摻合料的配比，控制砂的細(xì)度、含泥量和泥塊含量，降低含砂率，加入水泥用量的20%～30%的粉煤灰，以提高混凝土的抗裂性能，防止混凝土開裂[2]。在混凝土各成分配比合理且滿足強(qiáng)度要求的前提下，可以盡量減少水泥用量，水膠比控制在0.4～0.55 的范圍內(nèi)，使沉降離析適當(dāng)，以保證澆筑密實(shí)度。在滿足施工性能的前提下，選用坍塌度低的拌合物，盡可能減少離析、泌水現(xiàn)象發(fā)生的可能性。通過對(duì)建筑原材料的各個(gè)成分的物理和化學(xué)性質(zhì)的熟悉，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)施工要求，優(yōu)化各成分的用量配比，使得建材原料的力學(xué)性能、強(qiáng)度性能、防裂性能等各方面的品質(zhì)都有所保證，并在正式施工前開展開裂實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，最大程度地保障建筑施工質(zhì)量。

3.2 合理布置結(jié)構(gòu)縫

建筑工程一般施工面積較大、項(xiàng)目較多，需要的混凝土結(jié)構(gòu)體量也非常大，結(jié)構(gòu)常常很復(fù)雜，這時(shí)需要將龐大的施工工程分解成若干個(gè)項(xiàng)目單元，照顧到各個(gè)單元的結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力，通過合理的設(shè)計(jì)來避免間接裂縫的產(chǎn)生。根據(jù)結(jié)構(gòu)縫的類型和構(gòu)造的特點(diǎn)，考慮其在不同體量大小的建筑結(jié)構(gòu)中傳遞內(nèi)應(yīng)力的性能、容納消解約束變形和強(qiáng)迫位移的能力，同時(shí)還要滿足其密封性、耐久性、可行性和美觀性等各方面的綜合要求，遵循相關(guān)建筑規(guī)范準(zhǔn)則對(duì)結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其需要注意結(jié)構(gòu)縫設(shè)定的位置，避免凹角處、插筋、截面削弱處的應(yīng)力過于集中[3]。各類結(jié)構(gòu)縫的功能優(yōu)勢(shì)不同，最好能夠根據(jù)實(shí)際情況，運(yùn)用構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便的方式巧妙安排結(jié)構(gòu)縫的數(shù)量和位置，設(shè)計(jì)一縫多用又保證質(zhì)量和美觀的可行的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)每個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的各自的特點(diǎn)，通過合理科學(xué)的精巧構(gòu)思，對(duì)結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行整體規(guī)劃。

3.3 有效控制溫度

溫度因素受到天然的氣候環(huán)境、人為控制的環(huán)境、建筑的體量與面積等等各方的影響。除了運(yùn)用現(xiàn)代機(jī)器設(shè)備來改善施工場(chǎng)地的溫度、濕度等條件的措施之外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員也可以從專業(yè)技術(shù)的角度提出相對(duì)應(yīng)的改善措施，通過合理科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，避免溫度因素發(fā)生劇變從而引起的裂縫現(xiàn)象[4]。例如，建筑工程各單元的形狀構(gòu)造與溫度之間也有一定的關(guān)聯(lián)性，要避免溫度裂縫的產(chǎn)生，可以先從結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局入手，在滿足建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和施工工作的條件之下，遵循簡(jiǎn)單實(shí)用的原則，確定混凝土的結(jié)構(gòu)，盡可能減少凹凸的不規(guī)則結(jié)構(gòu)的數(shù)量，選用合適的工藝形式，合適的結(jié)構(gòu)尺寸，通過縮小建筑結(jié)構(gòu)之間的溫度差異，盡可能減少溫度伸縮導(dǎo)致的原材變形，也就能盡可能避免結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)建筑工程質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，其中混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象對(duì)建筑工程的質(zhì)量危害是很大的，為了更好地把控建筑工程質(zhì)量，需要各環(huán)節(jié)的人員進(jìn)行相應(yīng)的配合。技術(shù)人員做好建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，原材料選購人員根據(jù)工程質(zhì)量要求采購最適合的建材原料，并在施工之前做好對(duì)建材原料質(zhì)量的檢查，施工人員嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，并注重混凝土結(jié)構(gòu)攪拌、澆筑、養(yǎng)護(hù)的各步驟實(shí)施質(zhì)量，從整體規(guī)劃上和細(xì)節(jié)上都有效地避免裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。