淺論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫的成因及防治措施

1、<p>　　淺論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫的成因及防治措施</p><p>　　摘要：在現(xiàn)代建筑中混凝土裂縫是一個普遍存在的現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因也有很多種。建筑工程一旦出現(xiàn)裂縫，將會帶來安全隱患，因此必須對其成因進(jìn)行分析并加以控制，以提高建筑工程質(zhì)量，消除安全隱患。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑工程；裂縫；危害；結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　Abstract:

2、in the modern construction of concrete crack is a widespread phenomenon, reasons and there are many. Once the construction cracks, will bring security hidden danger, so you must to analyze the causes and control, in orde

3、r to improve the construction quality, eliminate the safety hidden trouble. </p><p>　　Keywords: building engineering; Fracture; Harm; The structure design </p><p>　　中圖分類號：TU746.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095

4、-2104(2013) </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，混凝土裂縫一直是個棘手的難題。引起現(xiàn)澆混凝土裂縫的因素很多，比如結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，材料質(zhì)量不合格，工藝不完善等。混凝土裂縫關(guān)系著整個工程的成敗必須引起人們的重視。 </p><p>　　一、混凝土裂縫的分類 </p><

5、p><b>　　1.收縮裂縫 </b></p><p>　　收縮裂縫的種類主要分為塑性收縮裂縫和干縮裂縫。 </p><p>　?。?）塑性收縮裂縫：在混凝土結(jié)構(gòu)的表面上，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的裂縫，這種裂縫的形成形狀沒有規(guī)律性，長度也不盡相同，它們之間也沒有連貫性。塑性收縮裂縫主要出現(xiàn)是由于在澆筑時，混凝土暴露在露天的情況下，在澆筑后，很大程度上會受到自然天氣的影響

6、，這種裂縫一般不會在澆筑的時候顯現(xiàn)出來，會在澆筑幾個小時候慢慢出現(xiàn)。 </p><p>　?。?）干縮裂縫：這種裂縫和塑性收縮裂縫最大的區(qū)別就是出現(xiàn)的時間不同，它一般是出現(xiàn)在混凝土快凝固的時候，混凝土的表面會出現(xiàn)裂縫，這些裂縫的大小一般在0.05 ～ 0.2mm之間。在凝固前出現(xiàn)的這些裂縫，梁板這類構(gòu)件多沿短方向分布，并出現(xiàn)在相鄰的鋼筋之間。這種裂縫是由于受到天氣的影響，混凝土在不斷的凝固過程中，水分蒸發(fā)的比較快

7、，混凝土中的凝膠體干縮引起了初始應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。 </p><p><b>　　2.溫度裂縫 </b></p><p>　　溫度裂縫產(chǎn)生的原因是由于溫度、焊接和混凝土內(nèi)部的水化熱作用影響，冷熱變化比較顯著，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的收縮或者膨脹，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。這幾種原因產(chǎn)生的裂縫也不太相同，環(huán)境溫度產(chǎn)生的裂縫往往會出現(xiàn)在桿件截面，焊接產(chǎn)生的裂縫往往出現(xiàn)在焊接周邊，水熱化

8、產(chǎn)生的裂縫多平行于結(jié)構(gòu)的短邊。下面我們將詳細(xì)的分析這三類原因引起的裂縫。 </p><p>　　（1）由于溫度引起的裂縫主要出現(xiàn)在高溫車間、冷藏室等一些溫度驟變比較大的環(huán)境中，這些裂縫一般平行于梁板結(jié)構(gòu)的短邊。 </p><p>　　（2）混凝土在澆筑后，會慢慢的硬化，在這個過程中，水泥本身會釋放出比較多的熱量，這就會提高混凝土內(nèi)部的溫度，這樣混凝土內(nèi)外部溫度會出現(xiàn)較大的不同，此時如果未采

9、取有效的治理措施的話，就會出現(xiàn)裂縫。 </p><p>　?。?）焊接裂縫預(yù)制構(gòu)件安裝時預(yù)埋件因焊接措施不當(dāng)，也會使周邊的混凝土產(chǎn)生裂縫。因此，在焊接時，盡量采取分層分段焊接的方法，并對預(yù)埋件周圍的混凝土做好隔熱處理，避免焊接時溫度過高使局部的混凝土產(chǎn)生裂縫。 </p><p><b>　　3.鋼筋銹蝕裂縫 </b></p><p>　　混凝土

10、中的鋼筋在由于某些原因，會出現(xiàn)銹蝕的情況，而且這些銹蝕會產(chǎn)生膨脹，進(jìn)一步使混凝土開裂，降低鋼筋和混凝土之間的粘合力，同時會降低混凝土整體結(jié)構(gòu)的功能，耐久性不斷下降。 </p><p><b>　　4.受力裂縫 </b></p><p>　　是指混凝土結(jié)構(gòu)受外力影響引起的裂縫。我們常用的一般的混凝土構(gòu)件在一定程度上是允許有裂縫的，但其中的構(gòu)件會由設(shè)計的錯誤、荷載過大、施

11、工質(zhì)量等原因會使這些裂縫不斷擴(kuò)大，超出規(guī)定要求的范圍。 </p><p>　　5.水泥安定性不良產(chǎn)生的裂縫 </p><p>　　由于水泥安定性不良使混凝土產(chǎn)生裂縫，裂縫的形式通常遍及結(jié)構(gòu)的表面，形狀如同龜裂，嚴(yán)重的可使構(gòu)件彎曲、松脆或崩潰。水泥安定性不良主要是水泥熟料燒結(jié)不充分而產(chǎn)生較多的游離氧化鈣，它在凝結(jié)硬化過程中水化很慢，當(dāng)水泥已經(jīng)凝結(jié)硬化后它還在繼續(xù)起水化作用，破壞已經(jīng)硬化的水泥

12、石結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的體積發(fā)生不均勻變化而產(chǎn)生裂縫。使用安定性不良的水泥會降低結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力，嚴(yán)重的還會造成結(jié)構(gòu)的承載力破壞。 </p><p>　　6.地基不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫 </p><p>　　地基沉降的不平衡也會導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫，不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫多屬貫穿性裂縫，其走向與沉降情況有關(guān)，一般表現(xiàn)為垂直或呈30° -45°角方向發(fā)展。在設(shè)計和勘察時，要認(rèn)真了解地形

13、結(jié)構(gòu)和掌握當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)特點，如果地基下是軟土層，應(yīng)加強對地基質(zhì)量的監(jiān)督檢查，保證其質(zhì)量要符合技術(shù)要求，同時，加強對地基周邊的排水力度，避免地面水影響地基的穩(wěn)定。 </p><p>　　二、裂縫對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成的危害 </p><p>　　1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力重新分配鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正常使用時，鋼筋抵抗拉力，混凝土則抵抗壓力，當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂之后，裂縫處的鋼筋與混凝土錨固失效，鋼筋的應(yīng)

14、力變化極大，混凝土由整體變?yōu)槠扑榈母鞑糠?，上部混凝土受壓區(qū)高度相對變小，壓應(yīng)力也急劇增長。 </p><p>　　2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗剪能力下降當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂之后，混凝土由一個整體被分為各支離破碎的部分，混凝土的各個截面不再完整，使得起到抗剪作用的凈截面面積減小，整體的抗剪能力大幅度下降。 </p><p>　　3.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的剛度減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂比較嚴(yán)重時，裂縫截面處的

15、中性軸上移，結(jié)構(gòu)的變形加大，剛度減小，整體撓度隨著裂縫的發(fā)展而激增。 </p><p>　　4.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞度下降裂縫的出現(xiàn)不但降低了結(jié)構(gòu)的整體剛度，還使得鋼筋及混凝土長時間處于高應(yīng)力拉壓狀態(tài)，降低了它們的疲勞壽命，從而降低了整體結(jié)構(gòu)的疲勞度。 </p><p>　　5.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度降低裂縫的出現(xiàn)致使結(jié)構(gòu)中的鋼筋外露，空氣及水分中有腐蝕作用的成分侵入混凝土內(nèi)部，引起鋼筋銹蝕

16、及混凝土質(zhì)變，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)強度逐漸降低，強度的降低又會加大裂縫的擴(kuò)展，最終造成結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)一步惡化，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及使用性能嚴(yán)重下降。 </p><p>　　三、鋼筋混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析 </p><p>　　1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因 </p><p>　　建筑設(shè)計不合理會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫，主要表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)中的斷面突變而產(chǎn)生的應(yīng)力集中所產(chǎn)生的構(gòu)

17、件裂縫；對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力不當(dāng)，造成構(gòu)件的裂縫；構(gòu)造鋼筋配置過少或過粗等引起構(gòu)件裂縫；未充分考慮混凝土構(gòu)件的收縮變形；采用的混凝土等級過高，造成用灰量過大，對收縮不利?；炷猎谟不^程中，由于水分蒸發(fā)、體積逐漸縮小，產(chǎn)生收縮，而板的四周由于受到支座的約束，不能自由伸展，當(dāng)混凝土的收縮所引起板的約束應(yīng)力超過一定程度時，必然引起現(xiàn)澆表面的開裂。 </p><p>　　2.混凝土材料的因素 </p><

18、;p>　　不同種類和不同用量的水泥拌制的砂漿干縮性變化很大。礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥的收縮大，而粉煤灰水泥收縮值較小，快硬性水泥收縮大。一般來說，其水灰比不變，水泥用量越多，混凝土的收縮率越大，因為混凝土的干縮主要產(chǎn)生于水泥漿的干縮，水泥漿越少，混凝土中骨料對干縮的制約作用越顯著。 </p><p>　　其次，混凝土中水的蒸發(fā)引起混凝土的收縮，水灰比越大水泥漿越稀，收縮率越大開裂的可能性也越大。同

19、時減少用水量和水泥量對于改善干縮、提高混凝土的抗裂更為有效，但應(yīng)在正確的方法指導(dǎo)下采用，必須保證混凝土的設(shè)計強度要求。 </p><p>　　再次，粗細(xì)骨料含泥量過大、骨料顆粒級配不良都會造成混凝土收縮增大，從而誘導(dǎo)裂縫的發(fā)生，骨料的密度大、級配好、彈性模量高、骨料粒徑大則可減少混凝土的收縮。外加劑和摻合料會影響混凝土的硬化速度、混凝土的用水量、混凝土的收縮和徐變，從而會對混凝土的開裂產(chǎn)生影響，摻有外加劑的混凝土

20、干縮值較大，特別是初期干縮值較大。 </p><p>　　3.混凝土材料的配合比 </p><p>　　集料顆粒級配不良或采取不恰當(dāng)?shù)拈g斷級配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生?；炷了冶冗^大，或使用過量粉砂也可以使樓板產(chǎn)生裂縫。當(dāng)用同一品種及相同強度等級水泥時，混凝土強度等級主要取決于水灰比。當(dāng)水泥水化后，多余的水分就殘留在混凝土中，形成水泡或蒸發(fā)后形成氣孔，減少了混凝土抵抗荷

21、載的實際有效斷面，在荷載作用下，可能在孔隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，使樓板表面出現(xiàn)裂縫，而采用含泥量大的粉砂配制的混凝土收縮大，拉力強度低，容易因塑性而產(chǎn)生裂縫。配合比設(shè)計不當(dāng)直接影響砼的抗拉強度，是造成砼開裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不適當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)取?</p><p>　　4.施工工藝及養(yǎng)護(hù)的原因 </p><p>　　混凝土拌和不勻、拌和

22、時間過長，運輸時間過長、運輸泵送時改變了配合比，澆筑順序不合理、速度太快等施工會改變混凝土的質(zhì)量，降低混凝土的性能，引起澆筑后混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的裂縫?，F(xiàn)場振搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過振或振搗抽撤過快，會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的發(fā)生。施工中，振搗棒直接擱在鋼筋上進(jìn)行振動，鋼筋被擾動，同時使得澆筑完的混凝土過早受到振動，影響了鋼筋與混凝土的握裹作用，也影響了混凝土的均勻性與密實性。鋼筋保護(hù)層厚度不足，造成鋼筋與混凝土

23、的握裹作用減小，對混凝土變形開裂的約束作用減弱。在風(fēng)速過大或烈日暴曬的情況下施工，混凝土的收縮值大。大體積混凝土構(gòu)件澆筑后，抹面的次數(shù)和保溫工作不到位，易產(chǎn)生表面收縮裂縫。 </p><p>　　四、當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制設(shè)計方面存在的問題 </p><p>　　1.未重視結(jié)構(gòu)設(shè)計原則當(dāng)前我國規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則為：建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須要滿足承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)，前者是保證

24、建筑結(jié)構(gòu)不會發(fā)生破壞及失穩(wěn)等破壞的極限標(biāo)準(zhǔn)，而后者則是保證建筑結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)超過正常使用狀態(tài)的變形、裂縫以及可靠、耐久等其它影響正常使用的極限標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前許多設(shè)計人員只注重滿足承載力極限狀態(tài)，而正常使用極限狀態(tài)卻往往被忽視。 </p><p>　　2.簡化計算，導(dǎo)致與實際受力不符很多的設(shè)計人員在計算鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，為求簡單，往往將復(fù)雜受力體系簡化為簡單的結(jié)構(gòu)，如將雙向板當(dāng)單向板計算，這樣計算出的配筋往往 </p

25、><p>　　與實際的受力情況不符，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部產(chǎn)生裂縫。 </p><p>　　3. 對開口樓板，特別是開洞口比較大的雙向板，設(shè)計時往往只考慮樓板在豎向荷載作用下的洞口四周加強配筋。由于縱向的受力鋼筋被切斷，而忽視了板與墻體或板與梁的變形協(xié)調(diào)問題。這時如墻或梁的剛度較大，板的孔邊凹角處未必出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，開洞板易發(fā)生翹曲。 </p><p>　　五、從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)

26、計方面有效控制裂縫的產(chǎn)生 </p><p>　　1、結(jié)構(gòu)平面布置宜規(guī)則 </p><p>　　結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則，盡量避免平面形狀突變，平面有凹口時，宜在凹口處邊緣設(shè)置拉梁，凹口周邊的樓板應(yīng)適當(dāng)加厚并加強配筋，樓板負(fù)筋宜拉通。要嚴(yán)格按規(guī)范控制房屋長度，當(dāng)長度超過規(guī)范不大時，可在中部設(shè)置收縮后澆帶；當(dāng)房屋長度超過規(guī)范較大時，宜設(shè)變形縫。 </p><p><b

27、>　　2、變形縫的設(shè)置 </b></p><p>　　（1）沉降縫的設(shè)置。在建筑物的下列部位應(yīng)設(shè)置沉降縫：地基土的壓縮性有明顯差異處；平面形狀復(fù)雜的建筑物轉(zhuǎn)折部位；高度差異或荷載差異處；建筑結(jié)構(gòu)（或基礎(chǔ)）類型不同處；過長的磚石承重結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位；局部地下室的邊緣；地基基礎(chǔ)處理方法不同處。這樣可以減小因基礎(chǔ)沉降而產(chǎn)生的裂縫。 </p><p>　　伸縮縫

28、的設(shè)置。排架結(jié)構(gòu)的柱高（從基礎(chǔ)頂面算起）低于sm時，宜適當(dāng)減小伸縮縫間距。位于氣候干燥地區(qū)，夏季炎熱且暴雨頻繁地區(qū)的結(jié)構(gòu)或經(jīng)常處于高溫作用下的結(jié)構(gòu)，可按照使用經(jīng)驗適當(dāng)減小伸縮縫間距。伸縮縫間距尚應(yīng)考慮施工條件的影響，必要時（如材料收縮較大或室內(nèi)結(jié)構(gòu)因施工外露時間較長）宜適當(dāng)減小伸縮縫間距。 </p><p>　　3、選擇地基基礎(chǔ)類型 </p><p>　　選擇地基基礎(chǔ)方案時，一般都優(yōu)先考慮

29、采用淺基礎(chǔ)，持力層設(shè)置在天然土層上。由于這類基礎(chǔ)埋置不深，無需復(fù)雜的施工設(shè)備，用料較省，開挖基坑，必要時排水疏干后和支護(hù)坑壁，地基不加處理即可修建，故工期短，造價低。上部結(jié)構(gòu)的層數(shù)與荷載情況是選擇基礎(chǔ)形式的重要因素。層數(shù)越多，荷載越大，要求基礎(chǔ)的承載能力和總體剛度越大。上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系也直接影響基礎(chǔ)形式的選擇。不同的上部結(jié)構(gòu)對于地基不均勻，變形的敏感程度是不同的。 </p><p>　　4、結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)

30、化設(shè)計的問題 </p><p>　　（1）增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度，以調(diào)整結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。這樣做，是非常直接的，也是非常有效的。增加寬度可以直接增大抵抗力臂，從而減小抗傾覆力。從材料力學(xué)的基本 </p><p>　　知識可以知道，同樣面積、抗傾覆力同結(jié)構(gòu)寬度的關(guān)系不同形狀，可以獲得不同的其幾何特征。根據(jù)這個原理，不難理解加大寬度以后，整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度得到很大提高。 </p>

31、<p>　?。?）剪力墻超筋的情況。剪力墻暗柱超筋。軟件中設(shè)定的暗柱最大配筋率是4%，而各規(guī)范以邊緣構(gòu)件方式給出了剪力墻主筋的配筋面積，沒有最大配筋率。所以當(dāng)程序給出剪力墻超筋的警告信息時，可以酌情考慮；當(dāng)剪力墻連梁超筋時，通常表明其在水平地震力作用下抗剪承載力不夠。 </p><p>　?。?）柱的軸壓比計算。軟件在計算考慮地震作用下柱的軸壓比時，采用的是地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計值；軟件在不考

32、慮地震作用下柱的軸壓比時，采取的是非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計值。 </p><p><b>　　六、結(jié)束語 </b></p><p>　　總之，混凝土裂縫的發(fā)生是一個極其復(fù)雜的問題，裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，各種條件的相互作用也會導(dǎo)致裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的控制預(yù)防尤其重要，也是從根本上防止和減少裂縫發(fā)生，從而保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性的有效手段。 <