从建筑结构设计谈混凝土结构的裂缝问题

2019年01月02日 14:11来源于:科技创新与应用

万志华

摘 要:随着我国建筑行业的快速发展,建筑的混凝土楼板及墙体开裂现象成为一个共性问题。混凝土裂缝是结构承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。某些新技术与新材料的应用,也会加剧裂缝的产生。建筑裂缝的存在会对结构的使用及安全造成一定的影响。裂缝会降低房屋的品质,业主都是难以接受的。文章在简单介绍混凝土裂缝控制的意义和标准后,从建筑结构设计方面着手分析裂缝产生的原因并阐述行之有效的控制措施。

关键词:结构设计;混凝土结构;裂缝

1 裂缝控制的意义和标准

混凝土裂缝是由于混凝土结构受内外因素的作用而产生的物理结构变化,裂缝是混凝土结构承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。混凝土结构的裂缝是多方面的因素造成的,各种不同因素形成的裂缝对建筑本身的危害也存在区别。带裂缝的混凝土结构存在的危害主要表现在:会影响结构的正常使用,降低结构的强度,降低结构的刚度,影响结构的承载能力,降低混凝土的抗剪能力,混凝土保护层开裂引起钢筋的锈蚀,引起装饰面层的开裂从而影响饰面的美观。裂缝问题是每个建筑工程中无法避免的,只能将其控制在一定范围内,减少对建筑工程质量的影响。国家标准《混凝土结构设计规范》把混凝土结构构件正截面的受力裂缝控制等级划分为三级,并按不同的使用环境类别对各控制等级提出了最大裂缝宽度限值的要求;各地方的工程质量通病防治措施手册均对控制混凝土构件的裂缝提出了严格的要求,并要求结构设计阶段和现场施工阶段应该严格执行相关的技术措施规定。

2 混凝土建筑结构设计导致裂缝产生的原因

混凝土裂缝一般可以分为荷载裂缝和变形裂缝。在荷载作用下,结构的强度、刚度或稳定性不够而出现的裂缝称为荷载裂缝;由于温度、收缩、不均匀沉降等所引起的裂缝称为变形裂缝。建筑结构设计考虑不周从而导致混凝土结构出现裂缝的情况主要有以下几种:

(1)设计中未充分考虑结构设计基本原则,结构设计规范相关规定要求在满足承载力极限状态的情况下还应满足正常使用极限状态,以保证结构不出现超过正常使用状态的变形、裂缝等,许多结构设计人员只注重满足承载力极限状态,而轻视正常使用极限状态设计的要求,为结构产生过大裂缝埋下隐患。

(2)建筑结构设计计算准确性低,简化计算模型不准确,计算方式与实际受力状态不符,且结构构件的截面尺寸取值不合理、实际配筋值比计算值过于偏小,导致结构产生裂缝。钢筋的位置也要正确,保护层过大或过小都有可能导致混凝土开裂。

(3)设计中对结构缺乏整体考虑,未深入考虑整个结构的受力性能,未能充分考虑由基础的不均匀沉降产生的附加应力,导致上部结构开裂。

(4)混凝土材料及配合比:配合比设计不当,直接影响混凝土的抗拉强度,是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大,水灰比大,含砂率不当,骨料种类不佳,选用外加剂不当等,这几个因素也是互相影响的。

(5)没有充分考虑构件的收缩变形,忽视了结构构件间的变形协调问题。盲目使用高强度等级混凝土,使水泥用量增加,加大了混凝土的收缩量,加大了开裂的几率。收缩是混凝土的一个主要特征,对混凝土的性能有很大影响。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展,则有可能引起结构的开裂、变形甚至破坏。

(6)未能准确地估计出建筑物在建设过程中会受到的荷载与使用荷载,计算结果与实际情况不符,也会造成混凝土裂缝的出现。

(7)未充分考虑温度应力的作用,使结构产生裂缝。混凝土内的水泥在水化反应过程中散发出大量热量是混凝土升温,并与外部气温形成一定的温差,从而产生温度应力,其大小与温差有关,并直接影响到混凝土的开裂及裂缝的宽度。由温度应力导致裂缝的现象在大体积混凝土结构及超长结构中表现尤为突出。

(8)随着建筑行业的发展,结构设计也越来越复杂化多样化,许多设计人员在未充分了解和掌握新材料新技术的使用范围、使用条件及相关的技术要点的情况下,盲目使用新技术新材料,造成结构开裂甚至影响结构安全。

3 对混凝土建筑结构裂缝的控制措施

在结构设计过程中,应充分考虑各种产生裂缝的可能,采取经济有效的结构设计手段从源头上控制混凝土结构开裂的可能。应重视对于构造钢筋的配置,尤其是现浇楼面结构板、剪力墙等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选取。在那些容易产生应力集中的薄弱部位适当加强构造钢筋的配置。基础设计应该充分考虑不均匀沉降的不利影响。结构设计过程中,可考虑主要由以下几个方面着手控制混凝土结构裂缝:

(1)严格按国家标准《混凝土结构设计规范》中关于正常使用极限状态设计的相应要求进行混凝土结构构件的裂缝宽度及挠度验算,对不满足规范要求的结构构件进行调整,如加大构件截面高度或增大构件纵向受力钢筋的配筋率,以达到控制构件最大裂缝的目的。

(2)对平面较长的建筑,应按规范的相应要求设置变形缝,把结构划分成若干个简单规则的单元,从而减小结构构件内部由温差、混凝土收缩、基础不均匀沉降等产生的附加应力,能有效控制裂缝的产生及发展。

(3)合理设置后浇带,设置后浇带可以适当增大伸缩缝的间距,后浇带的间距不宜过大,一般控制在30~40米之间设置一道为宜,后浇带宽可取0.8-1m,后浇带内的钢筋一般情况下不截断。后浇带保留时间一般不少于一个月。在此期间,收缩变形可完成30%~40%。后浇带的浇筑时间宜选择气温较低(但应为正温度)时段,可用强度高一级的微膨胀混凝土浇筑。

(4)整体结构采用补偿微膨胀混凝土,此措施常用于大体积混凝土基础及超长地下室结构中。大体积混凝土基础及超长地下室由于一次浇筑的混凝土体量较大和结构超长,产生的温度应力很大,及易产生裂缝,此时在混凝土中掺入适量微膨胀剂可以起到收缩补偿作用,可有效控制裂缝的开展,保证工程的质量。

(5)加大结构楼板的厚度、适当提高楼板的配筋率,板面钢筋双向拉通,并采用控制裂缝性能较佳的热轧变形钢筋,板筋以小直径、小间距为原则布置。在易裂的边缘部位也可以设置暗粱,提高该部位的配筋率。

(6)结构楼板平面应尽量简单规则,在进行结構布置时,为了防止楼板平面的形状出现凹凸的情况,应当尽可能选择较为规整的平面或合理布置结构梁的位置,以此来达到将形状不规整的平面调整为规则平面的目的,在结构施工图纸设计中,应当对平面凹口附近的楼板配筋进行加强,并增配角部抗裂钢筋。

(7)控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度,合理掺加塑化剂和减水剂。严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准,选用低水化热水泥,粗细骨料的含泥量应尽量减少。根据工程特点,可以利用混凝土后期强度,这样可以减少用水量,减少水化热和收缩。

4 结束语

混凝土裂缝的形成有许多方面的原因,除了设计因素外,外部环境条件、结构材料不达标、施工组织不合理及养护工作不到位也是导致开裂的重要因素。基于此,应当通过工程建设过程中的各个环节一起努力,建立健全完善的管理体系以及制定合理的管理条例,在设计阶段和施工阶段均采取有效的措施来控制结构裂缝的产生,以此来提高混凝土结构工程的质量。

参考文献

[1]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].2015.

[2]张丽.浅谈钢筋混凝土结构设计中的裂缝控制[J].中小企业管理与科技旬刊,2010(10):113-114.

 
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