关于建筑工程结构设计中混凝土裂缝控制措施

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  摘要:为了提高建筑安全,减少混凝土结构裂缝,进行结构设计时要引起足够的重视,通过措施预防、技术防备等措施,来减少混凝土裂缝带来的建筑危害。同时,合理确定建筑的结构类型,各部所需承受的压力荷载,建筑材料的等级规范等,确保建筑工程中各部分结构的稳定性和牢固性。裂缝是结构设计中的常见问题,所以只有设计出科学合理的结构设计方案,提前做好防范措施,才能够避免裂缝的出现,从而提高建筑工程的施工质量。本文就建筑工程设计中的混凝土裂缝控制措施进行探讨。
  关键词:建筑工程设计;混凝土裂缝;控制措施
  随着我国经济的快速发展,促进了我国各行业的发展迅速,并且取得了前所未有的成就。建筑行业发展快速,混凝土得到了大量的应用,但在混凝土工程中由于结构变形至塑性阶段持续伸张或压缩变形导致混凝土内部颗粒发生位移脱离,形成结构裂缝问题,影响到建筑物的正常使用功能和耐久性。
  1、建筑結构设计引起混凝土裂缝原因分析
  1.1混凝土水化热引起的混凝土结构裂缝
  当前混凝土现浇施工中,均不同程度加入缓凝剂或早强剂等添加剂,造成混凝土硬化过程中的水化热在后期或早期大量地集中释放,从而使混凝土急速膨胀后又冷却干缩,导致混凝土不规则裂缝的形成。
  1.2温度应力裂缝
  温度应力的裂缝所产生的主要原因是混凝土在浇筑之后,所聚积在内部的水泥水化热不容易散发,这就造成整个混凝土所产生的内部温度较高,然而由于混凝土表面的温度散热的比较快,这就会造成内外的温差较大,使得混凝土内部产生压应力,而混凝土的表面出现拉应力。因此,如果在混凝土的表面附近存在较大程度的温度梯度,就会出现较大的表面拉应力,然而这个时候混凝土的龄期较短,这也就使得抗拉轻度变低,一旦因为温差所产生的表面拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度,这必然导致混凝土的表面出现裂缝。
  1.3地基不均匀沉降裂缝
  混凝土框架结构地基不均匀沉降裂缝首先在柱或梁上出现,或在梁、柱交界处出现,在梁上出现时裂缝分布在两端,在沉降大的一端,梁底开始出现下宽上窄的裂缝,在沉降小的一端,梁顶开始出现上宽下窄的裂缝。建筑物地基沉降不均匀,沉降裂缝一般呈正八字形,裂缝越在中下部的门窗孔部位越严重。
  2、建筑工程结构设计中的裂缝控制措施
  2.1温度裂缝的预防控制措施
  从建筑工程结构设计方面考虑,建筑平面布置力求简单、规则,不宜有太多凹凸,以防温度应力集中导致墙体裂缝。房屋的长高比应控制在允许范围以内。建筑物长度要符合温度伸缩最大间距要求,以保证房屋的整体性,防止墙体由屋面变形集中产生裂缝。纵墙端部尽可能少设置门和窗,且门洞、窗洞不宜过大,以增加砖墙的抗剪面积,提高其自身抗剪能力,同时町减少门窗洞口处的应力集中。温度裂缝主要是由屋面板、圈梁、砖墙本身的温度变形及相互间的温差引起的。
  2.2提高砖墙自身抗剪能力
  从结构方面考虑,应提高顶层墙体砂浆砌筑强度,以提高砖墙自身抗剪能力。所有横墙、纵墙顶层均应设圈梁,以加强其整体性。但顶层圈梁特别是纵向圈粱高要做得尽量小些,以减少圈梁与砖墙之向的相互约束,继而减小屋面板变形对砖墙的水平推力,加强顶层构造柱,项层砖墙满足抗震要求需设构造柱外,在两端墙体中增设抗裂构造柱,保证房屋纵向端部第一、二开问范围内,横墙与纵墙交叉处均设构造柱,以增强项层墙体刚度、整体性及其延性,大大地提高砖墙的抗剪能力。
  2.3完善结构设计,增加抗裂构造措施
  在混凝土结构设计中,采用量多的小直径配筋比量少的大直径配筋更有利于抗裂。此外,在一些容易受到温度影响的楼板中,要采用双层双向配筋或配置抗温度变形钢筋网片;在水电等其它专业开洞、穿线管等减弱结构受力的地方,增设构造配筋或增加结构厚度;在容易产生变形集中的板角加设加强筋;预应力梁及大梁侧边板厚度适当增加且双层配筋等等。
  2.4减少地基不均匀产生的裂缝
  先将屋顶划分为几个刚性较好的单元,保证能够自由设置沉降的悬挑结构。在设计中各部位的基底反应力要保持一致,减小墙基的不均匀性。建筑物需要设计在同一刚度的地基上,如实必须采用不同地基,需要进行必要的延段,发现不良地基及时处理。在基础施工之前需要严格进行基底验槽工作,及时处理局部松软地层。对于平面布置房屋体形应力计算,要求对于薄弱环节做好加强措施,对于易裂的边缘部位需要提高混凝土的极限拉伸,如可以适当提高该部位的配筋率。对于砌体结构建筑物应尽可能地减少建筑物的门窗数量。在施工中需要先建较重单元,可以选取符合设计要求的轻型结构来减轻墙体重量,地下室以及半地下室的设计需要采取自重轻的基础形式。对于超过3层以上的建筑物,长度比L/Hf应小于2.5。
  3、裂缝检测
  建筑结构或构件裂缝的检测,宜选用全数检测方案,即通过目测和仪器检测,抽样数量是100%,所有的构件都需要进行检查,对存在的裂缝进行记录。记录包括裂缝的位置、裂缝的形式、裂缝走向、长度、宽度、深度、数量、裂缝发生及开展的时间过程、裂缝是否稳定,裂缝内有无盐析、锈水等渗出物,裂缝表面的干湿度,裂缝周围材料的风化剥离情况,开裂的时间、开裂的过程等。
  裂缝的位置、数量、走向可用目测观察,然后记录下来,绘制裂缝展开图,将检测结果详细记录到裂缝展开图上,也可用照像机、摄像机等设备记录。裂缝的宽度、长度、裂缝的稳定性等观察则需要用专门的检测仪器和设备。检测裂缝长度的仪器比简单,用直尺、钢卷尺等长度测量工具既可。裂缝深度可采用超声法检测或局部凿开检查,必要时可钻取芯样予以验证。检测裂缝宽度的仪器有裂缝对比卡、裂缝检测仪、刻度放大镜(放大倍数10~20)、裂缝塞尺等。裂缝的性质可分为稳定裂缝和活动裂缝两种。活动裂缝亦为发展的裂缝,对于仍在发展的裂缝应进行定期观测,在构件上作出标记,用裂缝宽度观测仪器如接触式引申仪、振弦式应变仪等记录其变化,或骑缝贴石膏饼,观测裂缝发展变化。   4、工程实例
  某住宅楼,地下2层,地上20层,采用钢筋混凝土框架结构,楼盖采用钢筋混凝土梁板体系,主楼长度为110m,裙楼长度为80m,裙楼与主楼宽度均为75m。地上部分采用设置抗震缝等措施,以保证混凝土结构的稳定和安全。混凝土结构裂缝的控制措施如下:
  4.1地下室底板及顶板的裂缝控制
  根据建筑结构地基分析得知,土质承载力较高。因此,主楼基础采用梁板式筏基,裙楼基础采用独立基础。为了控制混凝土结构的裂缝,地下室底板及顶板沿裙楼与主楼连接处横向设置一道后浇带,以消除地基不均匀沉降的影响;与此同时,裙楼部分和主楼部分分别沿纵向设置一道后浇带和两道后浇带,以释放混凝土温度应力和收缩应力。
  4.2上部结构的裂缝控制
  结合本工程建筑建设的特点,主楼与裙楼分为两个单体,因此在裙房与主楼连接处设置宽120mm伸缩缝,以降低整个结构的混凝土温度应力和收缩应力。由于裙楼内部功能需要不能设置伸缩缝。因此,对裙楼部分混凝土结构裂缝进行控制时,应采取以下措施:
  (1)一层顶至屋顶纵向设置宽后浇带。(2)混凝土构件不外露,利用填充墙外包,以降低混凝土结构构件温度应力。(3)采取屋面保温措施。(4)屋面板采用双层双向配筋。(5)加设板角加强筋。(6)在施工过程中合理设计混凝土配比。
  该工程结合建筑功能和结构安全要求,考虑到结构施工的可行性和经济性,采取混凝土结构裂缝的控制措施,并经实践表明具有一定的可行性,也体现了施工工艺的协调性。
  5、结束语
  综上所述,城市化速度加快,城市对基础设施和各类住宅的需求大增,在建筑工程中现浇混凝土结构得到了大范围的应用。在工程建筑施工的过程中,混凝土裂缝是一种比较常见的问题,对工程建筑结构的发展有比较大的影响。
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  (作者单位:河南长城铁路工程建设咨询有限公司)
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