混凝土结构设计中裂缝控制措施的研究

2021-12-06吕志炉中国瑞林工程技术股份有限公司

门窗 2021年10期

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1 前言

在建筑结构中混凝土材料是使用最为广泛的建筑原材料，虽然混凝土材料的实际应用价值较高，但是该材料较为容易受到外界因素的影响而产生裂缝，这些裂缝的产生不仅会影响到建筑本身的稳定性和安全性，同时也会对人们的财产和生命安全带来较大的威胁。因此，必须要加强对建筑结构设计中裂缝问题的重视，明确其产生的原因，并且采取相应措施对其加以控制，以便为整个建筑工程结构的质量提供保障。

2 建筑结构设计中裂缝的类型

2.1 沉降裂缝

沉降裂缝是建筑结构设计裂缝中较为常见的类型之一，其特点是中间宽、两侧窄，多数出现在结构的梁板交汇、梁柱交汇、变截面等位置，且裂缝的深度可达到钢筋的表层。通常其上部结构梁柱会产生受弯、受剪裂缝，具体表现为斜裂缝、竖向裂缝。

2.2 收缩裂缝

收缩裂缝通常会在施工的过程中产生，中间宽两端细且长短不一，分布的样式呈现出多边形的状态或是互相平行排布。裂缝间距大小在几厘米到十几厘米之间。裂缝在产生的初期阶段特征较为浅显，随着时间的推移会出现连续裂缝，对整个建筑工程质量的影响越来越大。

2.3 温度应力裂缝

温度对混凝土的影响非常大，也是导致裂缝产生最为直接的因素之一。由于施工过程中昼夜温差较大、室内外温差较大、混凝土结构表层散热过快等因素，导致混凝土表面及其内部所产生的应力大小不同，外表面应力过大就会导致裂缝的产生。该类型的裂缝走向没有一定规律，纵横交错呈现出龟纹状，在表面、深层都可能存在，虽然没有其他类型的裂缝那样明显，但是其对建筑整体的安全稳定性产生的影响不可忽视。

2.4 其他类型裂缝

除了上述三种类型的裂缝之外，在施工过程中还有很多因素都会导致裂缝问题的出现，例如荷载作用裂缝、混凝土徐变裂缝等。荷载裂缝主要由于构件外部荷载导致本身强度性能超负荷产生的裂缝，裂缝通常会贯穿构件。混凝土徐变裂缝是在荷载作用下随时间增长而不断增加的变形，通常有拉伸徐变、动徐变、横向徐变等，对整个建筑质量产生较大影响。

3 建筑结构设计中裂缝产生的原因

3.1 结构设计原因

由于结构设计中存在漏洞问题是导致裂缝产生的主要原因之一，特别是对于沉降裂缝来说，由于地基持力层选取不合理、地基沉降计算不准确，使得其不均匀沉降而导致裂缝出现。同时，在对建筑结构设计的过程中，由于设计人员设计经验不足、计算有误、设计过程中参数误差等方面因素的影响，使得结构设计内容没有贴合工程的实际情况，在尺寸设计、荷载设计、应力设计等基本参数设计方面存在一些细小的漏洞问题，当其与工程实际情况不相符的时候，就会导致荷载作用下结构受力裂缝的产生。

3.2 材料选择原因

材料本身的质量问题也是导致裂缝产生的主要原因之一，任何类型的裂缝都与材料质量有着直接关系。建筑材料本身都具有一定的塑性、伸缩性，能够在一定程度上降低裂缝产生的概率。但是，如果材料本身的质量不合格或是在存放的过程中发生了质变，当其塑性发生变化之后，其混凝土整体结构就会发生了变化，就会产生裂缝。

在当前的建筑结构设计中，部分单位为了追求更多的经济效益，反而忽略了对材料本身质量的有效把控，进而使得材料本身的质量原因导致裂缝问题出现，得不偿失，且会对整个建筑工程的质量带来较大负面影响。

3.3 温度变化原因

温度裂缝的产生是由于温度变化而导致的。在建筑结构设计过程中，混凝土受到温度的影响非常大，由温度引起的裂缝也是较为常见的问题。混凝土本身具有明显的热胀冷缩特点，温度的变化会对其产生较大影响。

目前我国所使用的混凝土的线性膨胀系数为1×10-5/℃，当混凝土内外部温差较大的时候就会产生压应力、拉应力，而当拉应力的强度大于混凝土本身抗拉强度时，就会导致裂缝产生。如果没有采取有效措施来应对温度的变化，会导致裂缝情况更严重。

3.4 施工工艺原因

施工因素也是导致建筑结构设计产生荷载作用裂缝、混凝土徐变裂缝、收缩裂缝的主要原因之一。在施工过程中，由于施工荷载、构件截面、材料强度、初始应力、龄期、水胶比、坍落度及养护等原因，部分施工人员所使用的施工工艺和方法与施工流程及相关标准之间有着一定的差距，甚至有存在盲目性施工的情况，这样就会导致混凝土结构出现裂缝，进而影响了建筑结构的稳定性。

4 建筑结构设计中裂缝的控制措施

面对建筑结构设计中存在的裂缝问题及其产生的原因，为了有效避免裂缝问题对整个结构的质量产生影响，应当要采取针对性措施对裂缝进行有效控制。

4.1 结构设计控制

从近些年的建筑结构设计整体情况来看，预应力结构可有效控制荷载作用裂缝、混凝土徐变裂缝、收缩裂缝、温度裂缝等，以此来避免结构设计施工中的不合理之处而导致的裂缝问题。在现有的设计模式和施工水平之下，对地基基础进行合理设计、提高基础及其整体刚度、控制地基不均匀沉降，可有效控制地基沉降裂缝。

此外，为了避免结构设计不合理而导致裂缝的产生，还应当要以相关规范和标准为基础设置后浇带、膨胀加强带。后浇带设置的主要目的是解决不能够设置伸缩缝的位置，同时也对建筑前期固结敏感土质的沉降差问题有着较好的解决作用。但是后浇带的存在并不能够有效解决温度原因所导致的裂缝问题。

而对于膨胀加强带来说，其主要是能够适当代替施工周期较长的后浇带，其主要是在将膨胀剂掺入到混凝土中，使得混凝土膨胀产生预压力，抵消温度应力，避免出现裂缝，对于一次成型的超长结构来说较为适用。

4.2 严格选择材料

面对材料本身质量问题所导致的裂缝问题，应当要对材料进行严格筛选，控制好原材料的质量，使其满足工程相关标准和国家的规定要求。

第一，面对材料质量参差不齐的情况，相关单位应当要加强对原材料质量的进一步监督与控制，制定更加详细的原材料管理制度对材料的质量进行全面化的控制，严格要求相关管理人员对材料质量进行监督与管理。

第二，在材料采购的过程中，要重视材料本身的质量，例如沙子本身的含泥量，选择性价比较高的材料，并且利用材料管理系统来对材料的运输情况进行跟踪管理，并且在现场对材料进行有效管理，保证材料本身的质量。

第三，随着材料市场的发展，越来越多的新材料出现并应用于建筑过程中，因此，要加强新型节能环保材料的应用，提升材料的整体性能，降低裂缝发生的概率。例如：在现浇混凝土中加入适量纤维材料，例如尼龙纤维、聚丙烯纤维材料等，一方面保证混凝土结构的牢固性，另一方面能够有效减少裂缝的发生概率。

4.3 合理控制温度变化

温度对于混凝土结构的影响非常大，合理控制温度能够有效降低温度导致的裂缝产生概率，并且在最大限度上满足后续施工对质量的需求，提高建筑结构的质量。

第一，要严格控制水泥的投料，施工人员要严格制定施工方案，尽量减低水化热所带来的影响，例如在混凝土搅拌之前使用冷水进行冲刷碎石，进而减少热量的产生。

第二，在混凝土浇筑的方式和时间上加以控制，以此来降低温度对混凝土产生的影响。例如，将浇筑作业避开炎热的夏季、严寒的冬季等极端天气，且在浇筑过程中尽量采取相应的温度控制措施。如果在结构中出现了大体积混凝土，则需要适当安装冷却装置来做好相应的养护工作，降低内外应力以及温度差，进而降低裂缝产生的概率。

此外，为了避免因温度而导致的裂缝问题出现，除了要对混凝土进行覆盖、浇水等方式进行均匀散热之外，还应当设计好屋面保温层、外墙隔热层等保温隔热环节和措施，降低日常使用过程中温度对混凝土结构产生的影响。

4.4 优化施工工艺

为了有效降低施工过程中各个施工行为导致裂缝的出现，应当对施工工艺进行适当优化，通过规范化施工工艺来提高施工现场对裂缝的处理和防护水平。在施工期间，应严格控制施工荷载、构件截面、材料强度、龄期、水胶比、坍落度，并对结构构件进行合理的养护。

施工单位应充分理解和熟悉设计图纸，并应掌握现场实际情况和工程特点，做好合理的施工计划，对特殊工程做好相关施工论证，避免施工工艺问题不合理而导致结构产生裂缝。此外，随着科技的发展，新材料、新工艺不断涌现，工程中也会采用越来越多更加先进的施工工艺、设备、新材料，因此能更好地控制好工程中的各种裂缝问题，从而可为业主提交更多高质量的建筑产品。