浅谈建筑结构设计中控制裂缝的措施

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  摘要:混凝土现已广泛应用于各种工程建设当中,早在1903年混凝土施工技术就传人我国,随着我国建筑业的快速发展,已从原有的地面区域发展到空中和地下,施工技术不断提升。虽然混凝土产生的裂缝问题经专家证明是无可避免的,但是其对建筑物的整体性能及抗震性能和渗漏的影响不容小觑,从设计阶段就要很好地控制裂缝问题。
  关键词:建筑结构;设计;裂缝;措施
  1、引言
  如今,建筑行业正处于快速发展的阶段,各类的建筑不断的兴起,与此同时,人们对建筑的质量也有着越来越高的要求。在建筑施工中,非常重要的一种施工材料就是混凝土,但是不同的建筑工程结构对混凝土的强度等级也有着一定的差异,如果在建筑结构设计中不能够对混凝土的等级性能有一个充分的了解,就可能使得建筑结构的设计不合理,从而导致施工过程中出现裂缝问题。混凝土等级强度是建筑结构设计中出现裂缝的主要原因,为了提高建筑工程的质量,就需要对结构设计中出现的裂缝进行控制。
  2、建筑结构产生裂缝原因分析
  建筑主体结构主要是由不同性质的材料所组成,它们共同承受着荷载作用, 在浇筑过程中混凝土表现其塑性, 其自身就存在一些微裂缝, 随着温度而变形、收缩, 约束以及粘结应力共同作用导致混凝土内部拉应力的产生, 当超出混凝土所能承受的极限抗拉强度的时候, 会使得微裂缝扩大成裂缝。据有关资料显示, 裂缝产生的原因主要分两大类如下:
  1)由外荷载(静、动荷载)引起的裂缝和次应力引起的裂缝;
  2)由变形、变化引起的裂缝:包括由于结构因温度、湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝。其特征是结构在受到内部和外部的变化而产生变形,当变形受到约束和限制时产生内应力,应力超过一定数值后产生裂缝,裂缝出现后变形得到释放,内应力松弛。调查表明,在混凝土结构中,占裂缝总数 80 %以上的都是由于不均匀沉降、混凝土凝结过程中的体积收缩以及温度变化差异带来的胀缩不均匀等非外力因素造成的裂缝。
  由变形引起的占约80%,由荷载引起的占20%,因此控制钢筋混凝土结构裂缝的关键在于解决变形所引起的开裂。
  3、建筑结构裂缝的危害
  1)受力重新分配。在正常使用情况下,钢筋抵抗的是拉力而混凝土抵抗的是压力, 然而当其出现开裂的情况时,裂缝处的混凝土和钢筋的锚固失效, 钢筋的应力变大, 而混凝土上部由于受压区的高度相对变小,压应力也极大的增加。
  2)抗剪能力下降。当结构出现开裂的情况之后, 混凝土不再是一个整体, 而是变成许多支离破碎的细小部分, 各个截面也不再完整, 净截面面积相应减小,从而整体的抗剪能力极大下降。
  3)刚度减小。当裂缝情况严重时,位于裂缝截面的中性轴会上移, 结构变形加大, 同时刚度减小。
  4)疲劳度下降。裂缝使得钢筋和混凝土长时间都处于高应力的拉压状态,从而降低了其疲劳寿命, 使得整体结构疲劳度也随之降低。
  5)强度降低。裂缝会导致钢筋的外露,空气及水分等的侵入会引起混凝土编织和钢筋锈蚀,使整个结构的强度逐渐降低。
  4、结构设计引起裂缝的分析
  由荷载引起的裂缝,可以通过结构计算来控制,由于形变引起的裂缝,通过构造设计可以进行控制。但是在结构计算过程中,假设的力学模型与实际结构的受力状态是不完全相同的,这样内力计算结果与实际不符,这些常规计算模型之外的内力往往引起结构裂缝。而由于计算疏忽漏掉的装修荷载等导致结构开裂,这就需要通过结构加固,来实现结构的安全使用。结构设计时对角部抗裂验算不准确也会导致角部斜裂缝出现。
  5、控制裂缝产生的有效措施
  针对以上提出的裂缝产生机理及其影响因素,提出了以下工程结构设计方面的解决性对策,具体如下:
  5.1 简化结构体系
  在建筑工程结构设计中,要根据工程要求和实际情况,加强对结构设计的简化处理,采用现代概念设计理念,加强对复杂体系的分析,通过合理、科学的现代设计方法,避免裂缝的产生。与此同时,还要综合考虑到受力和变形作用,合理计算配筋,尤其是对于裂缝控制的薄弱环节,一定要做好防范处理,进而控制好结构体系对裂缝的有效预防。
  5.2 结构形状要规则
  在布置结构的形状时,要尽量做到规则,确保整个结构应有的刚度,如果在设计中,结构布置不规则,那么其上下结构所承受的刚度不会统一,从而造成不同程度的變形,尤其是是刚度控制薄弱的环节,极易发生开裂的现象,为此,要进行结构设计时,结构的形状一定要保证其规则性,从而避免裂缝的产生。
  5.3 尺寸设计要合理
  在进行结构设计时,尺寸设计也预防裂缝产生的主要环节。正如上文中以们提到,一旦结构的尺寸过长,那么其所产生的温差应力也会增大,最终出现裂缝。因此,需要设计人员在设计,结合工程实际要求,合理控制结构的尺寸,全面考虑结构应力与长度的关系,既要满足设计的规范和要求,也要避免裂缝现象的产生。
  5.4 材料运用要规范
  首先,工程结构设计中,所选用的混凝土,既要满足防水要求,也要满足工程的承载力要求,其强度不可以过高,一般情况下,最好采用C25 -C35混凝土。其次,在结构设计中,可以采用粉煤灰,使得混凝土的和易性得到改善,同时,还可以减少水泥用量。其三,对于水泥品种的选择,最好采用收缩性小的水泥材料,并且可以适当地掺加一些外加剂,使得水灰比降低,严格控制内外温度,加强对整个结构的保温和保水养护。
  另外,对于板类构件而言,其裂缝的控制主要是采用预应力混凝土,加强对楼面钢砼构件以及层面构件的分析,尤其是在楼面板预埋管线时,必须要用支架固定管线,而且,对于管线交叉部分,运用专门设计的接线盒,强化土板刚度。
  6、总结
  综上所述,在建筑结构设计对建筑整体的施工质量有着非常重要的影响,为了提高建筑施工的质量,就必须对结构设计中裂缝的产生进行有效的控制。建筑结构设计中的裂缝严重的影响着建筑的安全,为了有效的控制裂缝的产生,可以从严格原材料的选材程序、做好混凝土建筑物的浇筑施工技术控制、做好混凝土浇筑的养护工作以及提高建筑结构设计人员整体素质等方面进行控制。另外,在施工时要严格按照有关规范及操作要求来进行,对于施工监管力度要加大,以保证建筑工程的安全性及稳定性。
  参考文献:
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