建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題分析

李明翠

安徽省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 安徽 合肥 230022

引言

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的根本原因在于直接施加在建筑結(jié)構(gòu)上的動(dòng)力、靜力荷載，高于結(jié)構(gòu)承載力。此類(lèi)裂縫的出現(xiàn)預(yù)示著結(jié)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始損壞，建筑物的力學(xué)性能也正在逐漸下降，因此，為了保證建筑工程的質(zhì)量，需要針對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，提前在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，制定科學(xué)的預(yù)防方案，以減少結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的概率，讓建筑工程得以順利投入使用，提升建筑工程建設(shè)水平。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的危害

在建筑工程領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題是人們最為關(guān)心的質(zhì)量問(wèn)題之一?；炷两Y(jié)構(gòu)中，裂縫是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象，而且根據(jù)人們當(dāng)前對(duì)建筑結(jié)構(gòu)施工的實(shí)踐，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫屬于建筑工程中不可避免的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)裂縫形成時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)所承受的載荷通常為15%～25%的極限荷載，因此，在常規(guī)的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)通常是帶裂縫作業(yè)的。在此背景下，表觀(guān)目測(cè)可見(jiàn)裂縫的寬度為0.02mm～0.05mm，而無(wú)害裂縫，即對(duì)結(jié)構(gòu)防腐、防水、載荷能力影響可忽略不計(jì)的裂縫的寬度在0.05mm以?xún)?nèi)，所以，目測(cè)可見(jiàn)的裂縫，均會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的損害。但從經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的角度上來(lái)看，0.3mm以下的裂縫，均能夠通過(guò)各類(lèi)手段予以改善，不會(huì)為建筑的承載力帶來(lái)過(guò)大的影響，不過(guò)也會(huì)在一定程度上，降低結(jié)構(gòu)的耐久性，導(dǎo)致建筑工程在投入使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)滲漏、混凝土保護(hù)層脫落等使用問(wèn)題。若裂縫寬度超過(guò)0.3mm，則會(huì)降低建筑工程的承載能力，形成安全隱患，危害建筑結(jié)構(gòu)的安全。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題

2.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖不符合實(shí)際導(dǎo)致的裂縫問(wèn)題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要從計(jì)算便捷性考慮，將次要的細(xì)節(jié)精簡(jiǎn)掉，由此將建筑結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)中的受力情況，簡(jiǎn)化、抽象成為一個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)圖，然后借此進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算設(shè)計(jì)，由此確保結(jié)構(gòu)承載能力，可以滿(mǎn)足實(shí)際的受力需求。但事實(shí)上，混凝土結(jié)構(gòu)中的各個(gè)構(gòu)件之間存在復(fù)雜的受力關(guān)聯(lián)，這導(dǎo)致實(shí)際的結(jié)構(gòu)受力情況，與計(jì)算簡(jiǎn)圖存在一定的差異。在此背景下，很容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)者對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖的編制考慮不夠全面、深入的情況，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)，僅考慮主要應(yīng)力，忽略次應(yīng)力的問(wèn)題，導(dǎo)致計(jì)算簡(jiǎn)圖編制不合理，混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力高于設(shè)計(jì)承載力，形成結(jié)構(gòu)裂縫，影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 材料設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題

在設(shè)計(jì)中，混凝土原料配比、原料選用的不合理，會(huì)讓結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能難以達(dá)到預(yù)期水平，導(dǎo)致其不能順利適應(yīng)實(shí)際的受力環(huán)境，出現(xiàn)受力超出荷載極限值的情況，形成結(jié)構(gòu)裂縫。一般來(lái)說(shuō)，這種情況通常需要施工方進(jìn)行返工，由此產(chǎn)生了額外的工期、資金成本，降低了此工程項(xiàng)目的效益。

2.3 結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題

在施工設(shè)計(jì)中，鋼筋位置設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)受力薄弱點(diǎn)，降低結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，使其更容易出現(xiàn)裂縫，同時(shí)模板施工設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成的拆模過(guò)早、支撐地基下沉、漏漿等問(wèn)題，也會(huì)讓結(jié)構(gòu)的承載能力下降，并在使用中出現(xiàn)裂縫。在此過(guò)程中，混凝土攪拌、運(yùn)輸、振搗、養(yǎng)護(hù)操作的設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)影響結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，導(dǎo)致其出現(xiàn)裂縫。

2.4 地基設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題

地基是混凝土結(jié)構(gòu)的主要組成部分，而地基在使用一段時(shí)間之后，可能會(huì)受附加應(yīng)力的影響，出現(xiàn)下沉的情況，同時(shí)，因?yàn)樵搼?yīng)力不均勻，所以地基的沉降也不均勻，導(dǎo)致與地基相連的地上混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，對(duì)建筑的使用性能造成影響。而上述情況形成的原因，主要在于地基設(shè)計(jì)得不合理，使得地基結(jié)構(gòu)無(wú)法有效應(yīng)對(duì)附加應(yīng)力，出現(xiàn)不均勻沉降。

2.5 伸縮縫設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題

在建筑結(jié)構(gòu)中，伸縮縫的主要作用是預(yù)防結(jié)構(gòu)裂縫的形成，設(shè)計(jì)者通過(guò)合理設(shè)計(jì)伸縮縫，能夠有效降低裂縫形成的概率，提高工程建設(shè)質(zhì)量。但事實(shí)上，在伸縮縫設(shè)計(jì)上，對(duì)于復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者往往會(huì)出現(xiàn)考慮上的疏漏，使得伸縮縫的設(shè)計(jì)方案不合理，讓伸縮縫無(wú)法順利發(fā)揮其的裂縫形成遏制效能，增加了建筑結(jié)構(gòu)使用期間裂縫出現(xiàn)的概率，對(duì)建筑工程的耐久性、舒適性造成了影響，由此形成了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，伸縮縫設(shè)計(jì)不合理這一混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題對(duì)策

3.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖不符合實(shí)際問(wèn)題的對(duì)策

從設(shè)計(jì)的角度上來(lái)看，針對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)提前予以預(yù)防，并通過(guò)制定出更加科學(xué)的計(jì)算簡(jiǎn)圖編制流程，以消除設(shè)計(jì)者對(duì)結(jié)構(gòu)受力考慮疏忽的情況，減少計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際情況之間的差距，保證結(jié)構(gòu)受力設(shè)計(jì)的合理性，防止結(jié)構(gòu)裂縫的形成。在計(jì)算簡(jiǎn)圖的繪制中，應(yīng)當(dāng)將主要應(yīng)力和次要應(yīng)力均抽象到簡(jiǎn)圖中，而且還要注重對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的受力關(guān)聯(lián)分析，由此更全面地考量混凝土結(jié)構(gòu)的受力情況，以免出現(xiàn)疏忽，導(dǎo)致簡(jiǎn)圖不合理，造成裂縫問(wèn)題。在此過(guò)程中，還要注意，負(fù)責(zé)繪制計(jì)算簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì)者，應(yīng)當(dāng)掌握足夠的材料力學(xué)、理論力學(xué)知識(shí)，并具有一定的經(jīng)驗(yàn)，由此才能消除人的因素所造成的簡(jiǎn)圖不合理問(wèn)題，因此，在計(jì)算簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)負(fù)責(zé)人員進(jìn)行考核與選拔，以選用專(zhuān)業(yè)素質(zhì)、能力過(guò)硬的工作者，同時(shí)也要強(qiáng)化計(jì)算簡(jiǎn)圖審核工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和改善其中的不合理問(wèn)題，以全面預(yù)防裂縫的形成，保證建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)質(zhì)量。

3.2 材料設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題的對(duì)策

針對(duì)材料設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，為了預(yù)防裂縫的形成，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)把好選材關(guān)，并根據(jù)實(shí)際的混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)需求，制定合適的材料方案，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在材料設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)注意，如果混凝土構(gòu)件的體積較大，則應(yīng)選用礦渣水泥，或粉煤灰水泥，這種水泥的水化熱較低，可以避免結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)承載能力受損的問(wèn)題，防止結(jié)構(gòu)裂縫形成。在此過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)砂率、骨料類(lèi)型等，有需要時(shí)，還要在設(shè)計(jì)方案中，增加外加劑，如防裂劑等，提高混凝土結(jié)構(gòu)本身的抗裂能力，預(yù)防結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題[1]。此外，在材料設(shè)計(jì)中，還可以積極運(yùn)用新興的混凝土材料，更好地應(yīng)對(duì)由材料引起的結(jié)構(gòu)裂縫，例如：在材料設(shè)計(jì)中，可以運(yùn)用自愈混凝土材料，該材料中存在一種酸性細(xì)菌，當(dāng)寬0.05～0.1mm的裂縫出現(xiàn)時(shí)，水汽會(huì)順著裂縫向其中滲透，并在此種酸性細(xì)菌的催化下，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未完全反應(yīng)的水泥發(fā)生反應(yīng)，讓水泥膨脹將裂縫填滿(mǎn)，由此使裂縫自動(dòng)愈合。此外，這種酸性細(xì)菌為休眠細(xì)菌，可以存活200年，因此，該材料能夠長(zhǎng)期保有裂縫愈合的能力，可以有效緩解裂縫問(wèn)題[2]。

3.3 結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題的對(duì)策

建筑施工效果是決定混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，因此，一直以來(lái)，結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)，都是建筑設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重點(diǎn)工作內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)中，需要注意，應(yīng)當(dāng)綜合考慮構(gòu)件抗裂性能情況后，再確定鋼筋類(lèi)型、數(shù)量、規(guī)格等參數(shù)的改變，而且必須要嚴(yán)格按照現(xiàn)行的鋼筋圖集要求，設(shè)計(jì)鋼筋位置，以免鋼筋結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)受力薄弱點(diǎn)，增加裂縫風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也要合理控制鋼筋的間距，不能讓間距過(guò)大，否則就有可能出現(xiàn)鋼筋之間的混凝土開(kāi)裂。在鋼筋位置設(shè)計(jì)時(shí)，也要重點(diǎn)關(guān)注保護(hù)層厚度的把控，過(guò)厚或過(guò)薄的保護(hù)層，均會(huì)造成結(jié)構(gòu)裂縫。在模板施工設(shè)計(jì)中，則要注意保證模板構(gòu)造的科學(xué)、合理，以免桿件變形，造成結(jié)構(gòu)裂縫，而且還要選擇具有足夠剛度的支架、模板，由此遏制模板變形，預(yù)防裂縫的形成。在此過(guò)程中，也要合理設(shè)計(jì)拆模時(shí)間，防止拆模施工引發(fā)裂縫風(fēng)險(xiǎn)。一般來(lái)說(shuō)，如果早拆，則需確認(rèn)早齡期混凝土的強(qiáng)度、剛度情況滿(mǎn)足條件后，才能拆模，但也不要過(guò)晚地拆模，以免錯(cuò)過(guò)水化熱峰值，確保能夠在最佳的養(yǎng)護(hù)介入時(shí)機(jī)完成拆模，由此即可有效避免裂縫的形成。此外，在攪拌運(yùn)輸、澆筑振搗等混凝土施工環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中，一定要嚴(yán)格遵循現(xiàn)行的規(guī)范要求，尤其是在澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)這三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)注意采用分層澆筑、振搗的操作模式，同時(shí)也要具體、詳細(xì)制定出養(yǎng)護(hù)方案，并闡釋具體的澆水、覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)操作程序，以免因養(yǎng)護(hù)操作問(wèn)題，形成裂縫，增強(qiáng)建筑工程建設(shè)質(zhì)量[3]。

3.4 地基設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題的對(duì)策

在地基設(shè)計(jì)中，需要先對(duì)地層的實(shí)際情況進(jìn)行勘探，然后根據(jù)勘探結(jié)果資料，來(lái)進(jìn)行地基設(shè)計(jì)，由此選用合適的地基結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，使其得以在附加應(yīng)力的作用下，保持穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫。在此過(guò)程中，勘探結(jié)果不準(zhǔn)確，是造成地基設(shè)計(jì)不合理的主要因素之一，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注勘探工作，并嚴(yán)格按照現(xiàn)行的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展勘探工作，以保證勘探結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。在此過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)實(shí)際條件，選用合適的勘探技術(shù)，并積極運(yùn)用高新的勘探技術(shù)手段，由此為地基設(shè)計(jì)提供更加詳盡、準(zhǔn)確的依據(jù)，提高設(shè)計(jì)的合理性。但通常情況下，勘探任務(wù)一般會(huì)被委托給專(zhuān)業(yè)的勘探機(jī)構(gòu)來(lái)完成，因此，在機(jī)構(gòu)選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意，需要選擇專(zhuān)業(yè)技術(shù)過(guò)硬的勘探機(jī)構(gòu)，以保證勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，還要注意，由于地基設(shè)計(jì)需要考慮地質(zhì)條件、工程結(jié)構(gòu)等多方面的因素，對(duì)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)能力要求比較高，因此，為了確保地基設(shè)計(jì)方案的合理性，也要注重設(shè)計(jì)者的選用，且必須要選擇有經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)過(guò)硬的人才，同時(shí)也要加大對(duì)地基設(shè)計(jì)方案的審核力度，增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案質(zhì)量。在此過(guò)程中，一定要注意，無(wú)論是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還是在施工環(huán)節(jié)，工作者均應(yīng)當(dāng)結(jié)合勘探資料，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查，有必要時(shí)還要從相關(guān)部門(mén)調(diào)取周?chē)沫h(huán)境資料，以全面了解現(xiàn)場(chǎng)情況，避免出現(xiàn)地基設(shè)計(jì)疏漏，導(dǎo)致地基不均勻沉降，造成結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題。

3.5 伸縮縫設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題的對(duì)策

在伸縮縫設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行的規(guī)定，以及業(yè)主提出的設(shè)計(jì)要求，先進(jìn)行參照?qǐng)D紙，全面了解現(xiàn)場(chǎng)情況，再根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，完成伸縮縫的設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中的不合理問(wèn)題，讓伸縮縫能夠充分發(fā)揮效能，預(yù)防裂縫形成。在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)別、施工模式、所處位置來(lái)設(shè)計(jì)伸縮縫的最大間距，例如：在剪力墻結(jié)構(gòu)的伸縮縫設(shè)計(jì)中，若施工模式為裝配式，所處位置在室內(nèi)，則應(yīng)將伸縮縫最大間距設(shè)置為65m，如果施工模式為現(xiàn)澆式，所處位置在室外，則應(yīng)將伸縮縫設(shè)置為30m。在此過(guò)程中，還要注意，在現(xiàn)澆挑檐等外露結(jié)構(gòu)中，需將伸縮縫間距控制在12m以?xún)?nèi)，同時(shí)，對(duì)于高度＜8m的排架結(jié)構(gòu)柱、位于干燥區(qū)域的混凝土結(jié)構(gòu)等更容易出現(xiàn)裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其的伸縮縫間距，需要適當(dāng)減小，由此更好地規(guī)避裂縫風(fēng)險(xiǎn)，提升建筑工程質(zhì)量水平。此外，應(yīng)當(dāng)注意，如果混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用了低收縮的材料，或使用了控制縫、跳倉(cāng)澆筑等施工工藝，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫風(fēng)險(xiǎn)會(huì)降低，此時(shí)出于經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，可以適當(dāng)增加伸縮縫的間距[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，有效落實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題對(duì)策，可以改善建筑結(jié)構(gòu)的完工質(zhì)量。在建筑設(shè)計(jì)中，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，制定科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施，能夠提前規(guī)避各類(lèi)結(jié)構(gòu)損壞風(fēng)險(xiǎn)，讓建筑物具有更好的力學(xué)性能，從而保證建筑工程順利通過(guò)驗(yàn)收，并投入使用，增強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)工作的效果。