研究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中形成裂縫的原因和解決方案論文
摘要：目前， 在建筑結(jié)構(gòu)中使用最為廣泛的材料為鋼筋混凝土。但是， 在這些鋼筋混凝土建起的建筑結(jié)構(gòu)中裂縫現(xiàn)象依舊較為常見， 這對整個建筑物的穩(wěn)定性能和安全性都產(chǎn)生了巨大的影響， 它所埋下的安全隱患直接影響了人們的人身安全。因此， 對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的控制處理工作需要得到行業(yè)相關(guān)人員的廣泛關(guān)注。本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的成因以及裂縫類型進(jìn)行分析， 討論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的控制措施。
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)； 裂縫成因； 裂縫控制措施；
1、引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 建筑行業(yè)發(fā)展得越來越好， 越來越多的建筑工程投入建設(shè)。目前， 我國在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的材料是混凝土。因混凝土結(jié)構(gòu)的建筑在設(shè)計(jì)上以及其他方面的特點(diǎn)， 且混凝土材料受外界影響較大， 因此， 就有可能會產(chǎn)生建筑結(jié)構(gòu)的裂縫， 這些裂縫對建筑整體的穩(wěn)定性和安全性會產(chǎn)生巨大的影響， 進(jìn)而影響到人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。因此， 相關(guān)人員必須對這些裂縫進(jìn)行處理， 以提高整個建筑的安全性和質(zhì)量。接下來， 本文就對這些裂縫的類型以及成因進(jìn)行分析。
2、裂縫的類型
2.1 塑性沉降裂縫
在實(shí)際情況中， 建筑的鋼筋和模板等因素都會對混凝土骨料的沉降造成影響， 在這種影響下， 就會形成塑性沉降裂縫。此外， 施工的質(zhì)量也會對塑性沉降裂縫的形成產(chǎn)生影響， 如果在實(shí)際施工過程中對于模板沒有進(jìn)行正常規(guī)范的綁扎操作， 也有一定的幾率會使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性沉降裂縫。塑性沉降裂縫中部較寬， 兩端較窄， 呈梭型， 常出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的變截面處、梁板交界處、梁柱交界處及板肋交界處等， 裂縫深度通�？蛇_(dá)鋼筋表面。這種裂縫應(yīng)當(dāng)控制水灰比、砂率和塌落度不要過大；對截面相差過大的構(gòu)件， 要先澆筑較深的部位， 靜止1~1.5h后， 待沉降穩(wěn)定后再與上部薄截面同時澆筑， 最后， 保護(hù)層厚度不要過薄。
2.2 塑性收縮裂縫
塑性收縮裂縫一般是在施工過程中形成。由于在進(jìn)行混凝土的澆筑過程中， 處于一個暴露的狀態(tài)， 受到外部因素的影響， 比如高溫或者大風(fēng)天氣等等， 易使得混凝土材料發(fā)生熱脹冷縮等， 當(dāng)混凝土材料呈現(xiàn)出塑性狀態(tài)后， 混凝土中的水分會進(jìn)一步減少， 混凝土材料變硬， 塑性收縮裂縫就此在建筑物的表面形成。塑性收縮裂縫呈不規(guī)則多邊形分布， 或者大致呈互相平行狀分布。裂縫之間的距離最小的有幾厘米， 最大的有十幾厘米。這些裂縫剛開始都是很淺的， 逐漸會發(fā)展成為貫穿性裂縫。其預(yù)防措施有嚴(yán)格控制混凝土的水膠比、水泥用量和粉砂用量；在高溫、大風(fēng)及干燥天氣下施工應(yīng)采取措施保證質(zhì)量。
2.3 溫度應(yīng)力裂縫
溫度應(yīng)力裂縫顧名思義， 其主要影響因素為溫度。在實(shí)際的混凝土澆筑施工過程中， 常常需要一個較長的施工期， 在這段時間內(nèi)， 由于晝夜溫差以及室內(nèi)外溫差較大且混凝土結(jié)構(gòu)的表面散熱較快， 就會對澆筑產(chǎn)生影響。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉應(yīng)力強(qiáng)度就極易形成溫度應(yīng)力裂縫， 這種裂縫看上去并不明顯， 但其實(shí)際對建筑物的穩(wěn)定性和安全性影響依舊不容小覷。溫度應(yīng)力裂縫主要表現(xiàn)為不同深度的表面裂縫， 要防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度或者防止混凝土超冷以及防止老混凝土過冷， 以減少新老混凝土間的約束。
2.4 其他裂縫
這些裂縫可能與施工者的施工質(zhì)量、施工的工藝或者是施工材料本身的質(zhì)量與性質(zhì)有關(guān)。這些方面如果不達(dá)標(biāo)， 就極易形成相應(yīng)的裂縫， 對建筑物的質(zhì)量影響巨大。
3、裂縫成因分析
3.1 荷載因素
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建成后， 需要考慮到來自機(jī)構(gòu)構(gòu)建和來自整個建筑系統(tǒng)的荷載。這些外荷載會對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶來壓力， 如果長期處在一個高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的荷載值， 就會隨著時間的積累產(chǎn)生荷載裂縫， 這主要和動、靜荷載和次應(yīng)力息息相關(guān)。
3.2 溫度因素
據(jù)調(diào)查研究， 我國現(xiàn)在使用的混凝土的線性膨脹系數(shù)表示為1×10-5/℃。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時， 會產(chǎn)生壓應(yīng)力， 繼而產(chǎn)生拉應(yīng)力， 當(dāng)拉應(yīng)力大小超過混凝土的抗壓極限強(qiáng)度時， 就會產(chǎn)生裂縫。下面這個式子便可以說明溫度應(yīng)力與構(gòu)件的關(guān)系：amax=0.5t LLyl.構(gòu)件中間的最大溫度便是a表示組件之間的摩擦系數(shù)為t LL;l表示構(gòu)件長度。而影響到組間摩擦系數(shù)的還有水分， 但隨著溫度的升高， 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分就會大量蒸發(fā)， 這就致使塑性收縮裂縫加速形成， 如果在外界沒有補(bǔ)充水分的條件下， 情況就會變得更糟。
3.3 施工質(zhì)量因素
施工質(zhì)量因素對于裂縫的形成也有很大的影響。主要涉及到的施工環(huán)節(jié)是混凝土澆筑。在混凝土澆筑過程中， 要考慮到溫度等因素， 需要對混凝土結(jié)構(gòu)及時補(bǔ)充水分。另一方面， 要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的最大荷載控制好澆筑的量， 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行澆筑。另一方面， 在對模板進(jìn)行綁扎時， 也要做得規(guī)范些， 如果綁扎的不牢， 也會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。
3.4 原材料質(zhì)量因素
原材料質(zhì)量是另一個關(guān)鍵因素。混凝土材料的水熱化值、稠性等等性質(zhì)都會影響到是否會產(chǎn)生裂縫。原材料質(zhì)量好， 可以增強(qiáng)其自身硬度， 對于荷載以及拉應(yīng)力的承受效果也就更好， 因此， 原材料質(zhì)量因素在裂縫的產(chǎn)生問題上影響重大。
4、裂縫控制措施
4.1 嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)
在設(shè)計(jì)時， 要統(tǒng)籌考慮多種可能遇到的因素。另一方面， 應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮建筑物混凝土結(jié)構(gòu)的整體剛度， 以提升整個建筑的荷載能力。此外， 還需要考慮到建筑物可能發(fā)生的不均勻沉降問題。當(dāng)不均勻沉降發(fā)生時， 會產(chǎn)生相應(yīng)的壓應(yīng)力與拉應(yīng)力， 且會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)在溫度應(yīng)力的抵抗上能力下降， 因此， 在對建筑的設(shè)計(jì)時需要準(zhǔn)確的計(jì)算建筑的荷載能力并對可能發(fā)生的意外以及不可控因素進(jìn)行預(yù)判， 增加設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。
4.2 嚴(yán)把選材關(guān)
在選材時， 要對混凝土材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。在一般情況下， 對于大體積的混凝土應(yīng)采用水熱化值低的粉煤灰水泥或者礦渣水泥。同時， 為了能進(jìn)一步改善水泥漿的稠度， 提高混凝土的拉伸度， 可以適量添加鹽水防裂劑等外加劑。除此之外， 還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)， 根據(jù)適宜的砂率進(jìn)行骨料的選擇和優(yōu)化處理。相關(guān)的管理人員需要對選購的材料進(jìn)行核查， 要保證好材料的質(zhì)量。
4.3 嚴(yán)把施工關(guān)
施工環(huán)節(jié)的好壞對于建筑的質(zhì)量有很大的影響。因此， 需要提高施工技術(shù)， 并對施工人員的施工規(guī)范以及施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督。在混凝土的澆筑過程中， 也要考慮到氣溫、風(fēng)速等因素， 當(dāng)面對高溫環(huán)境時， 施工人員應(yīng)當(dāng)選擇分層澆筑的方法， 借助澆筑面自身的散熱功能削弱高溫帶來的影響。此外， 可以埋設(shè)水管， 這樣既能進(jìn)行物理降溫， 又可以保持混凝土結(jié)構(gòu)的水分， 一舉兩得。在澆筑過程中， 施工人員還應(yīng)該考慮到鋼筋結(jié)構(gòu)的位置問題， 要保證鋼筋結(jié)構(gòu)不受混凝土澆筑工作的影響， 使得整個建筑的穩(wěn)定性得到提升。例如， 建筑結(jié)構(gòu)通常屬于大體積混凝土， 建筑結(jié)構(gòu)的梁和樓板的混凝土強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)保持一致， 宜選用中級。在建筑結(jié)構(gòu)的墻和柱的混凝土等級高于梁和板時， 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土強(qiáng)度的等級應(yīng)當(dāng)與柱和墻保持一致， 在梁和柱混凝土強(qiáng)度等級不同的情況下節(jié)點(diǎn)的做法見圖1.現(xiàn)澆梁與樓板的混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)當(dāng)保持一致性。在柱和墻的混凝土強(qiáng)度等級大于梁和板的混凝土強(qiáng)度時， 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)與柱和墻相同， 梁和柱混凝土強(qiáng)度等級不同時節(jié)點(diǎn)的做法見圖1.
4.4 預(yù)應(yīng)力與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在最近幾年的現(xiàn)場狀況來看， 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到建筑物的幾何結(jié)構(gòu)的尺寸、預(yù)應(yīng)力筋的用量以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)抗裂程度要求。在一般情況下， 在設(shè)計(jì)時取梁長的1/15, 在現(xiàn)有設(shè)計(jì)與施工水平下， 一般用1/18~1/20, 既可以減少用鋼量， 還能減少結(jié)構(gòu)自重。例如， 建筑結(jié)構(gòu)的平面布置， 應(yīng)當(dāng)確保建筑結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)則性， 避免平面布置形狀出現(xiàn)突變的情況。在平面存在凹口時， 應(yīng)當(dāng)在凹口部位的邊緣設(shè)置拉梁， 凹口周邊的樓板應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)募雍癫⑶覍ε浣钸M(jìn)行強(qiáng)化， 樓板的負(fù)筋應(yīng)當(dāng)拉通。此外還應(yīng)該按照相關(guān)規(guī)范和要求對建筑結(jié)構(gòu)的長度進(jìn)行控制， 在建筑結(jié)構(gòu)的長度超過相關(guān)規(guī)范規(guī)定的數(shù)值時， 地下部位設(shè)置后澆帶， 地上應(yīng)設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。后澆帶通常設(shè)置在梁和樓板的1/3寬的位置， 寬度應(yīng)當(dāng)在800~1000mm范圍內(nèi)。加強(qiáng)帶寬度一般為2000mm, 帶兩側(cè)布置密孔鋼絲網(wǎng)， 以此將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分隔開， 鋼絲網(wǎng)垂直布置于上下層 （或內(nèi)外層） 鋼筋之間， 并用鋼筋加固。膨脹加強(qiáng)帶帶內(nèi)增設(shè)15%水平溫度鋼筋， 水平溫度鋼筋均勻布置在上下層， 內(nèi)摻12%的膨脹混凝土后， 且混凝土強(qiáng)度等級提高一級。后澆帶及加強(qiáng)帶的設(shè)置應(yīng)當(dāng)將梁、墻和板完全的分開， 鋼筋仍然應(yīng)該連續(xù)的配置。在房屋長度超過規(guī)定的的數(shù)值比較大的情況下， 應(yīng)當(dāng)進(jìn)行變形縫的設(shè)置。在建筑物群房和主樓的高度相差比較大的情況下， 需要在主樓和群房之間進(jìn)行沉降縫或者是后澆帶的設(shè)置， 這樣能夠有效的避免或者減少因?yàn)榛A(chǔ)沉降而導(dǎo)致的裂縫的產(chǎn)生。
5、結(jié)語
由于建筑物和人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)， 因此， 建筑物質(zhì)量的高低直接影響了人們的生命與安全財(cái)產(chǎn)的保障度。建筑結(jié)構(gòu)的裂縫作為建筑物質(zhì)量與安全性能的一大重要威脅， 需要我們采取相應(yīng)的措施， 統(tǒng)籌考量可能引發(fā)裂縫的因素， 對其加以控制。在建筑施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)， 提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性， 對一些標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)有一個較好的估量。此外， 在建筑施工過程中， 要加強(qiáng)管理， 提高施工的質(zhì)量， 在選材與施工工藝的選擇上把好關(guān)�？偠灾� 相關(guān)施工單位應(yīng)該根據(jù)裂縫的不同類型， 采取與之相對應(yīng)的合理解決方案， 把安全隱患降到最低， 保障好人們的人身安全。
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