试论建筑结构设计中预控工程裂缝的探究

周薇

【摘要】墙体温度裂缝主要是由于房屋长时间受阳光辐射，使屋面板的温度比墙体的温度高出很多，在炎热的夏季甚至高出两倍左右。但即使在温度相同的条件下，钢筋混凝土的线膨胀系数也为砖砌体的两倍，因此屋盖的膨胀变形远大于墙体，两者变形不协调，结构屋面板的变形对墙体产生很大的水平推力，从而使墙体与屋面的接触面受剪。本文从建筑工程结构设计中裂缝的主要成因分析，提出了建筑结构设计预控工程裂缝的应用，及一些预控工程裂缝切实可行的方法和措施。

【关键词】建筑 结构 设计 裂缝

一、建筑工程结构设计中裂缝的主要成因

1、塑性变形引起的裂缝

由塑形变形造成的混凝土裂缝一般出现的硬化前，这是因为混凝土在硬化前一直处于塑性状态，而上部建筑的均匀沉降会受到一定限制，导致结构产生裂缝。在混凝土结构建筑物中，如果混凝土的表面积增大或者钢筋直径过大、骨料粒径过大，都会使得混凝土水平方向的收缩比垂直方向的收缩困难，进而造成混凝土不规则裂缝，此类裂缝相互之间的间距在0.3—1.0mm范围内，表现形式为相互平行，并且裂缝本身都会存在一定深度。

2、结构裂缝

随着现代建筑工程施工工藝及水平的提升，现浇楼板已逐渐取代预制多孔板，现浇楼板的楼面优点在于其承载能力一般都能满足设计强度的要求而且整体性较好。但若用现浇楼板代替预制多孔板时，会增大楼板的刚度，造成原有墙体的相对刚度的降低，从而有可能导致在墙体刚度较薄弱的部位或者一些墙体的截面突变部位产生裂缝。例如墙角是应力较为集中的位置，就比较容易出现裂缝。

3、应力裂缝

此类裂缝的形成主要是由混凝土结构的徐变收缩造成的，其中结构的自身收缩、塑性收缩、碳化收缩以及干燥收缩是比较常见的集中裂缝形式。在建筑物的混凝土浇筑完成后，在其收缩硬化的过程中，会因其内部水分的持续蒸发，导致混凝土自身的体积不断减小，进而产生收缩，在混凝土的收缩过程中由于支座对其的约束力，限制了其自由伸展。随着约束力的逐渐加大，势必会造成现浇筑混凝土板产生裂缝，裂缝的位置一般位于应力比较集中的部位。另外，如果在混凝土强度还未达到一定值时就提前拆模或者混凝土尚未完全固结时就在其上施加荷载，均会造成混凝土结构产生裂缝。

4、温度应力造成的裂缝

此类裂缝的形成主要是由于混凝土浇筑完成后，难以将聚积于混凝土内部的水泥水化热散发出去，混凝土内部温度相对较高，而混凝土外表由于与外界接触，其表面温度会因外界环境的影响热量散发较快，从而导致混凝土内外部分的温差较大，造成混凝土表面产生拉应力，而内部则出现压应力。而混凝土由于刚完成浇筑不久，龄期较短，其抗拉强度不足，从而造成表面拉应力大于混凝土自身极限抗拉强度，在混凝土表明出现温度裂缝。

二、建筑结构设计预控工程裂缝的应用

1、通过设计预控墙体温度裂缝

墙体温度裂缝主要是由于房屋长时间受阳光辐射，使屋面板的温度比墙体的温度高出很多，在炎热的夏季甚至高出两倍左右。但即使在温度相同的条件下，钢筋混凝土的线膨胀系数也为砖砌体的两倍，因此屋盖的膨胀变形远大于墙体，两者变形不协调，结构屋面板的变形对墙体产生很大的水平推力，从而使墙体与屋面的接触面受剪。当应力大于墙体强度时，墙体就产生裂缝。对于平面为矩形的建筑物来说，房屋两端第一、第二开间墙体承受的温度应力最大，墙体裂缝也较严重，因此墙体温度裂缝一般为两端重、中间轻、向阳重、背阳轻。砖混结构温度裂缝是普遍存在的现象，由于其潜在着危害性，因此早已引起人们的关注。应加强以下措施的实施：

1.1 在设计时，应注意调整楼房高度，尽量使屋面的标高一致。对于错层的房屋宜在错层部位所有纵横墙相交处设置墙构造柱。

1.2 设置圈梁是抵抗温度裂缝的有效办法。圈梁与构造柱相连接，形成约束各片墙体的纵向和横向框格，使墙体保持一个整体的箱型结构，改善了砌面的受力性能，提高了砌体的抗裂能力。屋面圈梁宜每道墙设置，避免采用半圈梁引起应力集中，其余各层圈梁按规范要求设置。

1.3 使用微膨胀混凝土可提高结构抵抗温度裂缝的能力。只有微膨胀混凝土的配合比合适，施工养护好，使用微膨胀混凝土可以避免或减轻屋面板温度裂缝的产生。另外，在设计中，一定要慎重处理超长建筑混凝土中加入微膨胀剂的问题。通常，由于加入微膨胀剂后混凝土的膨胀率有很大的离散性，所以往往很难在计算上解决微膨胀剂添加量与伸缩缝设置间距的定量关系，所以，在实际应用中，采用了微膨胀剂后，仍然要结合其他措施，并进行适当的验算，才能超出规范的限制加大伸缩缝的间距。

2、控制现浇混凝土楼板产生裂缝的措施

由于用户对房屋的结构情况不甚了解，房屋一旦出现裂缝，使用户产生部安全感或恐慌，有的裂缝会造成屋面、墙面、地面渗漏，门窗变形、外墙抹面脱落等现象，给用户带来许多烦恼，因此在房屋设计时，应高度重视，认真分析，使裂缝隐患尽可能消除。为了有效防止和减轻现浇混凝土楼板产生裂缝，应加强以下的措施：

2.1 在设计上应保证结构的整体刚度，防止因房屋不均匀沉降引起结构内部拉应力、剪应力产生，从而降低结构地抵抗温度应力的能力。

2.2现浇混凝土楼板配筋方面，尽量使用直径较细间距较密的配筋方案，做到“细一点、密一点”。同层同方向的钢筋直径相差不宜大于一个级别。对需严格控制裂缝的部位，建议全部采用热轧带肋钢筋以增强其握裹力，楼板的分布筋与构造筋宜采用变形钢筋来增强与混凝土的握裹力，对于小直径的分布筋与构造筋来说，用冷轧钢筋比用光圆钢筋对减少裂缝的效果更好。边跨端支座的负弯矩钢筋宜在端跨内整垮拉通并延伸过第二支座，让墙体变形与楼板变形能通过拉通的负筋逐渐传递到中跨去，协调三个构件在温度应力作用的变形。单向板中单位长度分布筋不得少于5根，受温度变化影响较大时（如屋面板），其分布筋应适当增加。

2.3屋面层阳角处、东西两单元和跨度≥3.9m时，应设置双层双向钢筋，阳角处钢筋间距不宜大于100mm跨度≥3.9m的楼板钢筋间距不宜大于150mm。跨度<3.9m的现浇楼板上面负弯矩钢筋应一隔一拉通。

2.4外墙角处应设置放射筋，配筋范围应大于板跨的1/3，且长度小于2.0m，每一角处放射筋数量不少于7根，钢筋间距不宜大于100mm。以此来满足板角应力的需要，使现浇板产生裂缝的应力作用范围与放射筋相一致，从而有效地改观和控制裂缝的产生。

2.5为了防止预埋PVC电线管对楼板的影响，在预埋时设置支架固定PVC管，严禁两根管线交叉叠放，确需交叉时应采用专门设计的塑料接线盒，以防止塑料管在管线交叉时对混凝土厚度消弱过多。在预埋电线管上部应配置钢筋网片（4@100mm宽度600mm）。

3钢纤维混凝土在裂缝控制设计中的应用

在结构设计中，当对钢筋混凝土梁进行裂缝宽度验算时，经常会遇到裂缝宽度不满足《混凝土结构设计规范》规定的宽度要求，经常通过一些措施进行调节，例如增加截面尺寸、提高混凝土强度等级、减少钢筋直径或增大钢筋截面面积等；通过这些措施使裂缝宽度满足设计要求。但在某些情况下，采取这些措施并不能解决问题，甚至有些特殊情况下，由于已有建筑、结构的限制等根本不能采取这些措施。

近年来，钢纤维混凝土理论有了较大的发展，已趋于成熟。但在工程实际中的应用还有待推广。在钢筋混凝土梁的底部加入适当的钢纤维。使其与钢筋混凝土梁中的钢筋共同抵抗开裂，可明显提高抗裂能力；使其达到设计要求，同时符合《混凝土结构设计规范》中有关抗裂度或裂缝宽度的规定。对于钢筋钢纤维混凝土梁，当掺入钢纤维的体积率在1.0%-1.5%，受拉區钢纤维混凝土层达到0.3倍的截面高度时，钢纤维就能很好的降低裂缝宽度。同时，受拉区钢纤维混凝土层达到0.3倍的梁截面高度后，弯拉性能将接近全截面钢纤维混凝土梁。

钢筋钢纤维混凝土构件的正常使用性能比钢筋混凝土构件有明显改善的主要原因有：钢纤维依靠粘结力给混凝土基体裂缝尖端应力场施加了一个反向的应力场，缓和了混凝土基体裂缝尖端的应力集中，阻止了裂缝的进一步发展，使荷载作用下的裂缝开展滞后，使构建开裂较晚；跨越裂缝的钢纤维扔能传递应力，使这些钢纤维与未裂混凝土共同承担裂缝截面上的部分拉力，降低了裂缝截面上的钢筋应力，对裂缝开展起这约束作用，提高了裂缝之间混凝土的整体性和构件的刚度；钢纤维增强了混凝土与纵向钢筋间的粘接锚固力，使钢筋的粘接滑移减小，既降低了钢筋的平均应变，又使主裂缝间钢纤维混凝土平均拉应变显著提高，并产生许多微细裂缝，从而降低了主裂缝宽度。

由实际工程与理论计算可见，当梁受拉区适当范围内加入适当的钢纤维，保持在不改变任何已有条件的情况下，梁的最大裂缝宽度降低，抗裂度提高，这种方法可以很好的应用于人民防空地下室结构设计，也可以用于对抗裂度要求较高的各种混凝土结构；同时，此方法的应用可使一些复杂繁琐的裂缝宽度演算、控制的措施变得简单。

参考文献：

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[2]张晓华 建筑结构设计预控工程裂缝之我见[J] 中国建筑金属结构 2013（6）

[3]靳大龙 通过建筑结构设计预控工程裂缝[J] 科技风 2010（17）