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试论建筑工程结构设计中的裂缝问题

李建军
  
安家(建筑与工程)
2021年28期
烟台鑫海矿业研究设计有限公司 山东 烟台 265500

摘要:在建筑工程结构设计当中裂缝是一个非常普遍的问题。但是由于导致裂缝出现的原因非常多,因此我们在具体的结构设计工作当中必须要充分考虑各类条件及因素,结合实际条件及问题,并制定出一套严格、规范、行之有效的结构设计方案及措施。除此之外,我们还应该切实加强建筑工程结构设计的监督管理水平,确保设计、施工单位规范操作、严格执行标准,确保建筑物的使用安全及质量。

关键词:建筑工程、结构、设计、裂缝、问题

引言:建筑工程混凝土结构裂缝是十分常见的质量问题,裂缝产生的因素也较为复杂,而工程结构设计阶段是影响混凝土浇筑质量的关键,加强这一环节的设计质量,能够对混凝土裂缝问题进行相对全面的控制。设计人员应在设计过程中加强对材料质量与结构设计的管理,并确保施工技术搭配与技术交底工作得以有效实施,保证设计方案符合相关标准,从而对裂缝问题进行有效的防治。

1建筑结构设计中可能出现的裂缝类型以及原因分析

1.1塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝通常出现在建筑物的表面,但是塑性收缩裂缝的形成受到很多环境因素的影响,但是分析其产生的多种因素,发现当混凝土表面的水分出现蒸发过快,或是模板吸收水分过快是导致塑性收缩裂缝产生的主要原因,也就是说在建筑结构混凝土浇注之后,在塑性状态下混凝土表面的水分会出现蒸发过快的现象,同时,又由于在浇注后没有及时的将建筑物表面进行有效覆盖,进而导致裂缝的出现。这种情况在天气恶劣的情况下更容易发生。

1.2地基不均匀下沉

一般来说,地基沉降不均匀现象的出现有很多原因,客观原因、主观原因所占比重均较大。客观原因有:建筑物地基土层分布不均、土质差别较大等;主观原因有:地基处理及基础设计不当、地基处理方式过多、平面变化造成楼面荷载不均、建筑物纵墙刚度过低、建筑设计不规范等原因都会导致地基不均匀沉降问题的出现。

1.3钢筋锈蚀

通常建筑钢筋表层会有一层混凝土保护层,但如果由于混凝土保护层质量、厚度等因素影响,使得二氧化碳、氯化物等与钢筋接触,将会对钢筋表面的氧化膜造成破坏,从而使得钢筋与氧气、水分发生化学反应,出现锈蚀问题。其次,由于钢筋出现锈蚀问题,钢筋与混凝土的握裹力也会随之下降,在整体上结构承载力的出现也将会导致其他裂缝的产生。

1.4其他导致裂缝出现的原因分析

混凝土材料质量的不合格也是导致建筑物结构出现裂缝的主要原因之一。尤其是在经济利益驱动和诱惑下,建筑商为了获得最大的经济利益,会使用一些不合格的建筑材料。例如,在建筑施工,如果砂石的含泥量超过了规定的标准,就是使得混凝土的强度和渗性有所降低,最终导致混凝土干燥室产生网状裂缝。

除此之外,建筑裂缝也可以通过建筑的施工工艺产生。此种情况的发生多是由于人为因素造成的。但是需要注意的是,一旦在施工的质量中出现问题,通常会伴随着裂缝的产生。因此,在建筑施工的过程中也应该高度的重视施工工艺水平,以能够确保建筑质量的提高,这同时也是保证施工人员自身安全的基本措施之一。

2建筑工程结构设计中的裂缝控制措施

2.1合理设计结构

尺寸及选材由于建筑材料变形的差异及自身的温差都会造成混凝土结构的开裂,特别在结构尺寸较大时,结构因材料变形及温差所造成的应力就会随之增大,极易在建筑的楼板与墙体中产生横向裂缝。通过统计分析,结构所受应力与长度呈非线性相关关系,因此,在进行结构设计时一定要确保结构尺寸合理,在结构设计时选用合理的布置方案使结构在实际工作中能实现整体性较好的同时刚度分配合理结构构件受力明确,在计算配筋过程中要严格按照国家相关设计规范进行设计,从而减少或避免出现结构裂缝。在设计施工中尽量选择使用变形差异接近的材料,从而有效的抑制了应材料自身变形而造成的结构裂缝。

2.2现浇混凝土楼板裂缝的控制措施

在结构设计时必须保证混凝土结构的整体刚度满足规范要求,以免结构的不均匀沉降造成在混凝土结构内部出现拉应力及剪应力,进而减弱结构内部抵抗温度应力的能力。在建筑的外墙角位置上应布设放射筋,并且保证每个墙角布设的放射筋都在七根以上,配筋长度必须大于2m,配筋范围则不得小于楼板跨度的三分之一,各个钢筋之间的间距则不得大于0.1m.通过在建筑外墙角布设放射筋的办法能够满足应力的要求,使得现浇混凝土楼板的裂缝应力作用范围与放射筋作用范围一致,进而减少并控制裂缝的形成。

2.3温度裂缝的预防控制措施

在建筑工程的结构设计中,应优先选用建筑平面布置规则、结构受力简单合理的结构布置,不宜设置太多的凹凸,以免产生温度应力集中进而造成裂缝。建筑的长高比应符合设计规范要求。特别是建筑物的长度不应超过温度伸缩最大间距的要求,以确保材料的变形在较小范围内,从而能有效防止屋面因温差较大形成变形集中造成的墙体裂缝。在砌体结构中建筑纵墙应尽量少设门窗,并且门洞和窗洞不宜开设过大,保证砖墙具有足够的抗剪面积,从而提高其自身的抗剪能力,同时还可减少在门窗部位的应力集中现象。温度裂缝的形成主要是由于砖墙本身、圈梁、屋面板的温度变形以及相互间的温差所引起的,其屋面板保温层的效果好坏会对顶层砖墙的裂缝程度产生直接影响。因此,屋面保温层的设计一定要满足热工要求,尤其是其施工工法及保温材料的性能要与规范符合,并可适当加大保温层的厚度,保证保温效果。

从建筑的结构方面考虑,所有的纵墙、横墙的顶层均应设置圈梁,以增强其整体性及抵抗温度裂缝的能力。在设计圈梁时,顶层圈梁尤其是纵向圈梁的高度应尽量小些,以减少砖墙与圈梁之间的相互约束,进而降低由于屋面板变形对墙体产生的水平推力;提高顶层墙体的砂浆砌筑强度是抵抗温度裂缝有效且经济的方法,顶层砂浆强度不宜小于M5.0,砖体的强度则不宜小于MU10,并且砖砌体的厚度不宜小于240mm;降低墙体与屋盖之间的温差是防止温度裂缝的关键,所以,可在屋面设计时采取设置架空层等隔热保温措施。

2.4钢纤维混凝土在结构裂缝控制中的应用

在钢筋混凝土梁的底部布设适量的钢纤维,使其能够与混凝土共同抵抗开裂,从而提高钢梁自身的抗裂能力,在其满足设计要求的同时,符合规范中有关裂缝宽度或者抗裂度的要求。对于加入钢纤维的钢筋混凝土梁来说,当钢纤维的掺入体积率在1.0%~1.5%左右,并且受拉区的钢纤维混凝土层截面高度达到梁截面高度的30%时,就可很好的控制梁体开裂。同样,在受拉区的钢纤维混凝土层截面高度达到梁截面高度的30%时,其弯拉性能接近于全截面的钢纤维混凝土梁。

这主要是由于钢纤维可依靠粘结力在混凝土裂缝的尖端应力区产生一个反向应力区,缓解了混凝土裂缝尖端产生的应力集中,从而对裂缝的进一步发展产生了抑制,使得在荷载作用下的混凝土构件开裂滞后。钢纤维可与未开裂的混凝土共同承担开裂截面上方的部分拉力,从而减小了开裂截面上的钢筋应力,对于裂缝的进一步发展起着约束作用,有效提高了裂缝间混凝土的整体性及构件刚度。

结束语:建筑工程的结构设计是整个工程的关键环节,在实际设计中经常会遇到建筑墙体和楼板的裂缝问题,随着物质文明以及建筑技术的推广,建筑工程对结构设计的要求越来越高,建筑裂缝作为普遍存在的问题,越来越受到相关部门重视。造成混凝土结构产生裂缝的原因很多,这对于建筑工程的结构设计要求就更为严格,因此,当前我国现行建筑规范中允许建筑结构中出现与其拉应力垂直方向的裂缝,并仅对其裂缝宽度做了无害及有害的限量规定。

参考文献

[1]王翔翔.建筑工程结构设计中的裂缝问题分析[J].工程技术研究,2020,5(6):222-223.

[2]莫彪.建筑结构设计中裂缝形成的原因及控制措施[J].建筑工程技术与设计,2017,30(14):178–179.

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