建筑工程结构设计中的裂缝问题探究

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  【摘 要】 随着我国经济的发展,建筑工程也随之发展。本文通过对我国建筑工程结构设计中的裂缝问题进行分析,提出一些措施,期望能防止裂缝的出现。
  【关键词】 建筑结构;裂缝;解决措施
  引言:
  城市建设步伐的加快推动了高层建筑物的产生,高层建筑具有高度高、层数多等特点,在实际的建设施工中,要重要考虑其结构设计问题,因为结构设计的科学与否直接影响到日后高层建筑物的养护与维护,高层建筑物的结构设计要本着科学、合理、安全、高效等原则,不仅能够为人们提供使用上的便利,而且也要体现出一定的安全性能,发挥抗震、抵风等方面功能与作用,只有这样才能体现出高层建筑物的优势和优点,才能有效发挥其功能和作用。
  一、混凝土楼板裂缝产生的原因
  (一)基础的不均匀沉降产生裂缝
  房屋的全部荷载最终通过基础传给地基,而地基在荷载作用下,其应力是随深度而扩散,深度大,扩散愈大,应力愈小;在同一深处,也总是中间最大,向两端逐渐减小。也正是由于土壤这种应力的扩散作用,即使地基地层非常均匀,房屋地基应力分布仍然是不均匀的,从而使房屋地基产生不均匀沉降,即房屋中部沉降多,两端沉降少,形成微向下凹的盆状曲面的沉降分布。造成基础不均匀沉降的原因是多方面的,如对地质勘查不详细,勘查数据深度不够,造成基础结构形式选择不当,同时,投资方为降低工程造价,对结构形式进行改变。在设计中,当柱下独立基础宽度大于4m或地基承载力不均匀、基础软弱时,宜采用柱下条基,还要考虑节点处基础底面双向使用的不利因素,对该处加宽以补偿。早选择柱下独立基础时应设拉梁,拉梁主筋通常配置。考虑冻胀作用,拉梁位置偏高时,宜在梁下垫中粗砂缓冲。
  (二)积极重视轴向变形问题
  由于高层建筑物是在竖直方向较大,因此其所承受的竖向载荷也较大,这难免会对连续梁弯矩带来巨大负担,容易造成柱中轴向变形类似问题,可能引发跨中正弯矩与端支座负弯矩值上升,同时,也可能对侧移、构建剪力等带来不良危害,引发诸多结构不安全的问题,特别是预计的下料长度要参照轴向变形的数值范围来科学加以计算、变化和调整。
  (三)住宅长度超长
  如果住宅平面超长,受温度与材料变形的影响,墙体和楼板将在水平方向上发生裂缝。就住宅长度来说,结构长度与应力之间表现为非线性关系,如果结构长度比规范中所要求的长度小,则会使得结构内力的影响也相应下降。
  (四)设计问题
  在设计工作中,设计工作人员重视墙体结构强度而忽略了结构抗裂、抗震要求,这就容易造成裂缝的出现。长期以来,在工程施工建设中工作人员对于砌体结构的裂缝问题已经习以为常,很少在这一部分去重视和关注。同时设计工作人员一般在墙体结构的基础上进行了必要计算之后,巨大部分工作人员不去关注墙体结构的抗裂性能,也未曾设置出合理科学的抗震情况。这主要是因为设计者对于墙体结构的材料性能不熟悉。对新型材料墙体性能的认识不完善造成的。
  (五)温度裂缝
  温度裂缝是因为混凝土构件受到外界温度变化而产生的一种裂缝现象,这种裂缝的出现主要是因为填充墙和钢筋混凝土之间的线膨胀系数出现了一定的变动,使得温度变化过快,甚至是两种材料之间的收缩也不一样。这就造成了两种材料结合之处产生了裂缝,由于温度变化的频繁使得混凝土内部的水分变化过快,从而造成裂缝的出现,且这些裂缝在出现之后很难被根治,只能通过有关手段控制裂缝的宽度,使得这些裂缝便成为无害裂缝。
  (六)结构裂缝
  在当前的框架结构填充墙工程中,大多数的工程都是采用一种多孔、轻质的材料进行施工,孔隙率甚至高达70%~80%以上,填充墙因为自身收缩而产生的裂缝也较多。主要是因为材料吸湿膨胀、干燥收缩产生的裂缝。这种裂缝的出现主要是因为墙体结构产生有关变形和应力,当应力和变形超过了砌体结构所允许的应力和变形要求之后就会引起墙体出现开裂。这种裂缝的出现是一种比较规则的,都是在柱边和梁底产生的。其造成收缩裂缝的原因通常可以分为材料在硬化的时候干、湿不稳定而造成的裂缝。这种裂缝的出现大多都是因为墙体粉刷之前提前浇水湿润而产生的,这也就造成了墙体结构过渡膨胀或者是过早的干缩,进而产生裂缝厂。
  (七)不科学的高层建筑结构设计
  高层建筑物由于具有特殊的性质和功能,要重点加强对其结构设计,然而,客观现实条件下,很多高层建筑设计者不是专业水平不合格,就是不了解相关的技术法规规定,在设计过程中没能将高层建筑物的抗震性、安全度、牢固度等纳入结构设计考虑范围,一些不负责任的设计人员甚至盲目听从业主的指导,无视技术规定胡乱设计建筑结构,这样无疑会影响高层建筑的安全度与稳定性。对于高层建筑结构布置与设计不科学这一严重问题,必须有效把握、积极控制、全面加强,因为只有打造出科学、合理的结构设计,才能从整体上维护高层建筑的建设质量,在实际的布置与设计过程中,要重点从建筑物抗侧力、平面大小、结构质量、抗震能力等方面出发,进行优化布置与设计,从而全面维护高层建筑的设计水平,提高其安全度与稳定性。
  (八)图纸设计不合理
  在应力集中的部位还有很多砌体裂缝产生生,就像在高层建筑中,在地层产生很多裂缝,在柱下部1/3高度附近是比較集中的。应力的受力方式与裂缝形态发展相垂直或者是相一致的,两端细中间宽,沿灰缝开裂是比较常见的问题。在突然遭受到荷载增多的情况下发生了砌体裂缝。在计算钢筋混凝土配筋时,设计人员裂缝宽度验算以及扰度有所忽略,裂缝就会产生,没有采取有效的措施来应对结构体型的突变,所以产生裂缝。
  二、建筑结构设计裂缝的控制
  (一)有效控制建筑物的浇筑
  在建筑施工中,施工技术可以通过对混泥土浇筑过程进行科学合理的控制,在建筑施工过程中防止建筑裂缝的产生,如果出现施工技术问题,则会严重的影响建筑物的整体质量。所以,在现代建筑的施工过程中,要提高建筑物的整体质量,一般情况下可以采用先进的施工工艺完成。而且,建筑事件和多年的实践经验也证明了,科学合理的安排施工顺序,以及施工工艺的提高,要进行施工坚持分块分缝的原则,可以使得建筑物的整体质量得到有效的提高。此外,还要在建筑的过程中有效的对一些施工细节问题进行全面考虑,好好处理,以进一步的提高施工质量。   (二)严格控制和筛选建筑原材料的质量
  在施工过程中,一旦原材料出现了问题,那么会使得建筑物的整体质量和施工进度严重的延误和影响。因此,为了能够有效的避免建筑裂缝的产生,必须严格的筛选和控制建筑施工所用的原材料质量。例如,可以添加适量的外加剂在适量范围内,这样可以对水泥浆稠度达到改善的目的,进而能够使得混凝土拉伸度得到提高,从而减少产生建筑裂缝。
  (三)做好结构方案的选择
  结构方案的选择与使用直接关系到建筑物的结构质量,一个科学的结构方案具有以下方面特征:第一,能够达到高层建筑设计的结构形式、结构体系的规定标准;第二,方案的经济性、科学性、能够以最小的成本收获最优设计方案,能够明确各部分的受力情况,各部分之间力量传递相对简明,只有这样才能达到科学的设计标准。要确保在同一个结构中,使用同樣的结构系统。
  (四)科学进行建筑平面设计
  在设计建筑平面时,应当保持平面的规则状态,以防止出现异常问题。当平面有凹口时,应当在边缘位置拉梁,并对周边楼板的厚度予以加厚,并添加配筋。另外,对房屋长度的控制必须严格依照标准进行,当长度超出部分不是很多时,可在其中间部位设置收缩后浇带间距保持在30米,以在墙、梁、板之间形成良好的搭配;而如果超出部分稍长,则需要进行变形缝的添加。当主楼与周围其他建筑的高差较大时,应当在建筑之间设置后浇带或沉降缝,以对因基础沉降而产生的裂缝形成有效控制。
  (五)地下室开裂、渗漏的防治措施
  在明确受力分析情况下下,大偏心受力的情况在增加裂缝计算的,由于设计规范允许值的情况,应保证裂缝达到从源头对渗漏进行控制。尽量在设计时不用或少用凹凸的平面形式,且采用附加钢筋等在阴角处进行构造的措施,避免应力集中。对伸缩缝进行合理留置,可以有效的对结构温度效应进行防止。在特殊情况下,可以增设暗柱,暗梁,更有效的强化薄弱部位的抗裂防渗,尽可能使得后浇带减少,在施工期间,后浇带是温度收缩变形缝临时性的保留,施工缝的特殊性。对施工段进行合理安排,留设后浇带可以尽量根据规范来要求,大部分混凝土的收缩集中在初期,如留设后浇带,墙体两边可自由收缩,会减少裂缝产生的可能性,大部分混凝土收缩完成后,再进行后浇带封闭。
  (六)科学设计水平力
  对于高度较高。楼层数较多的高层建筑,必须将水平力设计纳入特殊考虑范围,虽然这类建筑的竖向载荷力与结构密切相关,然而,水平载荷的影响却也是不可忽视的,甚至可以说是这种影响是决定性的,这是因为水平载荷能够对结构带来某种倾覆力矩与轴向力,而且相对已经确定下来。静态的竖向载荷,水平载荷则会根据建筑物结构的变化而变化,可见水平力设计的重要性。
  (七)结构的平面布置
  建筑平面宜规则布置,更好的对平面形状突变进行避免,面对有凹口的平面时,宜设置拉梁在凹口处边缘,凹口周边的楼板应适当加厚并加强配筋,楼板负筋宜拉通。要严格按有关规范控制房屋的长度,可在中部设置收缩后浇带,当长度超过规范规定数值不大时。一般在楼板和梁的1/3跨处,设置后浇带的间距为30m,宽度800m~1000m后浇带应完全将梁、板和墙分开,仍宜连续配置钢筋。宜设变形缝在房屋长度超出规范规定数值较大时。当建筑物主楼和裙房的高差较大时,应设置后浇带或沉降缝在主楼和裙房之间,这样可以使得因基础沉降而产生的裂缝减小。对外露的现浇钢筋混凝土挂板、女儿墙、栏板、和檐口等构件,当应设置伸缩缝在水平长度超过12m时,间距应低于12m。当房屋长度大于40m时,可设置后浇带在楼板中部,以减少混凝土的应力影响。
  三、结束语
  总而言之,建筑结构中出现裂缝是一种不可避免的现象,针对不同类型裂缝产生的原因,还需要采取切实可行的办法做好控制和预防措施,建筑行业在设计与施工中要重视控制和预防裂缝的产生,降低裂缝生成率,为建筑行业的发展做出贡献。
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