建筑结构设计裂缝的成因以及裂缝类型分析

摘要：目前， 在建筑结构中使用最为广泛的材料为钢筋混凝土。但是， 在这些钢筋混凝土建起的建筑结构中裂缝现象依旧较为常见， 这对整个建筑物的稳定性能和安全性都产生了巨大的影响， 它所埋下的安全隐患直接影响了人们的人身安全。因此， 对于建筑结构设计裂缝的控制处理工作需要得到行业相关人员的广泛关注。本文就建筑结构设计裂缝的成因以及裂缝类型进行分析， 讨论建筑结构设计裂缝的控制措施。
　　
　　关键词：建筑结构； 裂缝成因； 裂缝控制措施；
　　
　　1、引言
　　
　　随着我国经济的发展， 建筑行业发展得越来越好， 越来越多的建筑工程投入建设。目前， 我国在建筑结构中应用最为广泛的材料是混凝土。因混凝土结构的建筑在设计上以及其他方面的特点， 且混凝土材料受外界影响较大， 因此， 就有可能会产生建筑结构的裂缝， 这些裂缝对建筑整体的稳定性和安全性会产生巨大的影响， 进而影响到人们的人身财产安全。因此， 相关人员必须对这些裂缝进行处理， 以提高整个建筑的安全性和质量。接下来， 本文就对这些裂缝的类型以及成因进行分析。
　　
　　2、裂缝的类型
　　
　　2.1 塑性沉降裂缝
　　
　　在实际情况中， 建筑的钢筋和模板等因素都会对混凝土骨料的沉降造成影响， 在这种影响下， 就会形成塑性沉降裂缝。此外， 施工的质量也会对塑性沉降裂缝的形成产生影响， 如果在实际施工过程中对于模板没有进行正常规范的绑扎操作， 也有一定的几率会使建筑结构出现塑性沉降裂缝。塑性沉降裂缝中部较宽， 两端较窄， 呈梭型， 常出现在结构的变截面处、梁板交界处、梁柱交界处及板肋交界处等， 裂缝深度通常可达钢筋表面。这种裂缝应当控制水灰比、砂率和塌落度不要过大；对截面相差过大的构件， 要先浇筑较深的部位， 静止1~1.5h后， 待沉降稳定后再与上部薄截面同时浇筑， 最后， 保护层厚度不要过薄。
　　
　　2.2 塑性收缩裂缝
　　
　　塑性收缩裂缝一般是在施工过程中形成。由于在进行混凝土的浇筑过程中， 处于一个暴露的状态， 受到外部因素的影响， 比如高温或者大风天气等等， 易使得混凝土材料发生热胀冷缩等， 当混凝土材料呈现出塑性状态后， 混凝土中的水分会进一步减少， 混凝土材料变硬， 塑性收缩裂缝就此在建筑物的表面形成。塑性收缩裂缝呈不规则多边形分布， 或者大致呈互相平行状分布。裂缝之间的距离最小的有几厘米， 最大的有十几厘米。这些裂缝刚开始都是很浅的， 逐渐会发展成为贯穿性裂缝。其预防措施有严格控制混凝土的水胶比、水泥用量和粉砂用量；在高温、大风及干燥天气下施工应采取措施保证质量。
　　
　　2.3 温度应力裂缝
　　
　　温度应力裂缝顾名思义， 其主要影响因素为温度。在实际的混凝土浇筑施工过程中， 常常需要一个较长的施工期， 在这段时间内， 由于昼夜温差以及室内外温差较大且混凝土结构的表面散热较快， 就会对浇筑产生影响。当温差产生的表面拉应力超过混凝土所能承受的拉应力强度就极易形成温度应力裂缝， 这种裂缝看上去并不明显， 但其实际对建筑物的稳定性和安全性影响依旧不容小觑。温度应力裂缝主要表现为不同深度的表面裂缝， 要防止混凝土内外温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过冷， 以减少新老混凝土间的约束。
　　
　　2.4 其他裂缝
　　
　　这些裂缝可能与施工者的施工质量、施工的工艺或者是施工材料本身的质量与性质有关。这些方面如果不达标， 就极易形成相应的裂缝， 对建筑物的质量影响巨大。
　　
　　3、裂缝成因分析
　　
　　3.1 荷载因素
　　
　　钢筋混凝土结构在建成后， 需要考虑到来自机构构建和来自整个建筑系统的荷载。这些外荷载会对钢筋混凝土结构带来压力， 如果长期处在一个高于设计标准的荷载值， 就会随着时间的积累产生荷载裂缝， 这主要和动、静荷载和次应力息息相关。
　　
　　3.2 温度因素
　　
　　据调查研究， 我国现在使用的混凝土的线性膨胀系数表示为1×10-5/℃。当混凝土内外温差较大时， 会产生压应力， 继而产生拉应力， 当拉应力大小超过混凝土的抗压极限强度时， 就会产生裂缝。下面这个式子便可以说明温度应力与构件的关系：amax=0.5t LLyl.构件中间的最大温度便是a表示组件之间的摩擦系数为t LL;l表示构件长度。而影响到组间摩擦系数的还有水分， 但随着温度的升高， 混凝土结构内部水分就会大量蒸发， 这就致使塑性收缩裂缝加速形成， 如果在外界没有补充水分的条件下， 情况就会变得更糟。
　　
　　3.3 施工质量因素
　　
　　施工质量因素对于裂缝的形成也有很大的影响。主要涉及到的施工环节是混凝土浇筑。在混凝土浇筑过程中， 要考虑到温度等因素， 需要对混凝土结构及时补充水分。另一方面， 要根据设计图纸上标注的最大荷载控制好浇筑的量， 严格按照设计要求进行浇筑。另一方面， 在对模板进行绑扎时， 也要做得规范些， 如果绑扎的不牢， 也会导致裂缝的产生。
　　
　　3.4 原材料质量因素
　　
　　原材料质量是另一个关键因素。混凝土材料的水热化值、稠性等等性质都会影响到是否会产生裂缝。原材料质量好， 可以增强其自身硬度， 对于荷载以及拉应力的承受效果也就更好， 因此， 原材料质量因素在裂缝的产生问题上影响重大。
　　
　　4、裂缝控制措施
　　
　　4.1 严把设计关
　　
　　在设计时， 要统筹考虑多种可能遇到的因素。另一方面， 应当重点考虑建筑物混凝土结构的整体刚度， 以提升整个建筑的荷载能力。此外， 还需要考虑到建筑物可能发生的不均匀沉降问题。当不均匀沉降发生时， 会产生相应的压应力与拉应力， 且会导致建筑结构在温度应力的抵抗上能力下降， 因此， 在对建筑的设计时需要准确的计算建筑的荷载能力并对可能发生的意外以及不可控因素进行预判， 增加设计的科学性与合理性。
　　
　　4.2 严把选材关
　　
　　在选材时， 要对混凝土材料的质量进行严格把控。在一般情况下， 对于大体积的混凝土应采用水热化值低的粉煤灰水泥或者矿渣水泥。同时， 为了能进一步改善水泥浆的稠度， 提高混凝土的拉伸度， 可以适量添加盐水防裂剂等外加剂。除此之外， 还应当严格按照国家标准， 根据适宜的砂率进行骨料的选择和优化处理。相关的管理人员需要对选购的材料进行核查， 要保证好材料的质量。
　　
　　4.3 严把施工关
　　
　　施工环节的好坏对于建筑的质量有很大的影响。因此， 需要提高施工技术， 并对施工人员的施工规范以及施工质量进行监督。在混凝土的浇筑过程中， 也要考虑到气温、风速等因素， 当面对高温环境时， 施工人员应当选择分层浇筑的方法， 借助浇筑面自身的散热功能削弱高温带来的影响。此外， 可以埋设水管， 这样既能进行物理降温， 又可以保持混凝土结构的水分， 一举两得。在浇筑过程中， 施工人员还应该考虑到钢筋结构的位置问题， 要保证钢筋结构不受混凝土浇筑工作的影响， 使得整个建筑的稳定性得到提升。例如， 建筑结构通常属于大体积混凝土， 建筑结构的梁和楼板的混凝土强度应当保持一致， 宜选用中级。在建筑结构的墙和柱的混凝土等级高于梁和板时， 节点核心区的混凝土强度的等级应当与柱和墙保持一致， 在梁和柱混凝土强度等级不同的情况下节点的做法见图1.现浇梁与楼板的混凝土强度等级应当保持一致性。在柱和墙的混凝土强度等级大于梁和板的混凝土强度时， 节点核心区的混凝土强度等级应与柱和墙相同， 梁和柱混凝土强度等级不同时节点的做法见图1.

　　
　　4.4 预应力与结构设计
　　
　　在最近几年的现场状况来看， 预应力结构设计应考虑到建筑物的几何结构的尺寸、预应力筋的用量以及预应力结构抗裂程度要求。在一般情况下， 在设计时取梁长的1/15, 在现有设计与施工水平下， 一般用1/18~1/20, 既可以减少用钢量， 还能减少结构自重。例如， 建筑结构的平面布置， 应当确保建筑结构平面布置的规则性， 避免平面布置形状出现突变的情况。在平面存在凹口时， 应当在凹口部位的边缘设置拉梁， 凹口周边的楼板应当适当的加厚并且对配筋进行强化， 楼板的负筋应当拉通。此外还应该按照相关规范和要求对建筑结构的长度进行控制， 在建筑结构的长度超过相关规范规定的数值时， 地下部位设置后浇带， 地上应设置膨胀加强带。后浇带通常设置在梁和楼板的1/3宽的位置， 宽度应当在800~1000mm范围内。加强带宽度一般为2000mm, 带两侧布置密孔钢丝网， 以此将带内混凝土与带外混凝土分隔开， 钢丝网垂直布置于上下层 （或内外层） 钢筋之间， 并用钢筋加固。膨胀加强带带内增设15%水平温度钢筋， 水平温度钢筋均匀布置在上下层， 内掺12%的膨胀混凝土后， 且混凝土强度等级提高一级。后浇带及加强带的设置应当将梁、墙和板完全的分开， 钢筋仍然应该连续的配置。在房屋长度超过规定的的数值比较大的情况下， 应当进行变形缝的设置。在建筑物群房和主楼的高度相差比较大的情况下， 需要在主楼和群房之间进行沉降缝或者是后浇带的设置， 这样能够有效的避免或者减少因为基础沉降而导致的裂缝的产生。
　　
　　5、结语
　　
　　由于建筑物和人们的生产生活息息相关， 因此， 建筑物质量的高低直接影响了人们的生命与安全财产的保障度。建筑结构的裂缝作为建筑物质量与安全性能的一大重要威胁， 需要我们采取相应的措施， 统筹考量可能引发裂缝的因素， 对其加以控制。在建筑施工设计环节， 提高设计的科学性与合理性， 对一些标准参数有一个较好的估量。此外， 在建筑施工过程中， 要加强管理， 提高施工的质量， 在选材与施工工艺的选择上把好关。总而言之， 相关施工单位应该根据裂缝的不同类型， 采取与之相对应的合理解决方案， 把安全隐患降到最低， 保障好人们的人身安全。
　　
　　参考文献
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　　[2]董春玲， 李兴凯。浅谈建筑结构设计中控制裂缝的措施[J].工程科技。
　　[3]李广和。论现浇混凝土施工裂隙原因分析及预防措施[J].城市建设理论研究， 2011, 8.