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建筑结构设计裂缝成因及对策分析

2023-01-07

居业 2022年5期
关键词:结构设计钢筋裂缝

李 青

(厦门南洋职业学院,福建 厦门 361000)

近些年随着我国城市化步伐的加快,建筑工程的数量越来越多,规模也变得越来越大。因为建筑工程规模较大、工期较长、工艺复杂,导致工程质量问题愈发突出,其中结构裂缝问题是建筑工程中的常见问题。另外对建筑工程来说,裂缝的形成与建筑结构设计关系密切,为了能够实现对裂缝问题的有效控制,在进行建筑结构设计的过程中需要充分结合工程实际情况,根据其自身结构及特点,不断优化建筑结构设计水平,制定科学合理的裂缝控制对策。另外还需要强化监管,保证施工单位能够严格遵守相关制度进行施工作业,以此保证建筑结构的稳定性,推动建筑行业的可持续稳定发展。

1 建筑结构裂缝类型分析

1.1 塑性沉降裂缝

塑性沉降裂缝是建筑结构设计中常见的一种裂缝类型,对其特征进行观察,主要表现在中间较宽,两侧相对狭窄,形状类似梭型,该类型裂缝主要出现在建筑的变截面与梁板、梁柱的交汇处,多数情况下裂缝深度能够直达钢筋的表面。为了能够减少和避免这一裂缝问题的发生,施工人员需要加强对水灰比、砂率以及坍落度的控制,如果需要采用截面间距较大的构件,需要在较深的部位进行浇筑作业,将其静置一段时间(1~1.5h)后,保证沉降稳定后与上部的界面层共同浇筑,同时需要合理控制保护层的厚度。

1.2 塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝是一种常见的塑性裂缝问题。多由工程施工不合理、不规范导致。多数情况下塑性裂缝不具有不规则性,表现为多边形的形式。裂缝之间的距离范围较广,最小的仅为几厘米,最大的间距为十多厘米。在初始阶段该裂缝具有浅显性的特点,随着时间的不断推移逐渐成为持续性裂缝。为了能够有效预防这一裂缝问题的发生,施工人员需要严格控制混凝土水胶比以及水泥的使用量,另外在高温以及大风的施工环境下,需要加强对施工质量的控制,确保其符合工程要求。

1.3 温度应力裂缝

该类裂缝主要指受到外界因素影响形成的建筑结构裂缝问题。对混凝土浇筑作业来说,因为施工需要花费较长的时间,同时昼夜温差以及室内与室外的温差较大,导致混凝土内部与外部的散热缺乏均匀性,因此对浇筑作业造成一定的影响。如果温差拉应力超过混凝土自身能够承载的拉应力强度,则会导致温度应力裂缝出现。仅从表面进行观察,裂缝问题并不明显,但是该类裂缝对建筑的功能造成的影响较大。其主要表现为深度不一的表面裂缝,为了能够有效预防这一问题,需要减少温度及其他环境因素对施工造成的影响,加强对施工质量的控制。

2 裂缝对建筑的影响

建筑结构裂缝的形成将会严重影响建筑的功能及耐久,如果未采取及时有效的处理措施,可导致裂缝随着时间的发展不断严重化,对工程的整体质量造成严重影响。裂缝对建筑的影响主要体现在以下几个方面。

2.1 对使用性能的影响

如果建筑中结构外墙与底板、顶板出现贯通裂缝,通常情况下可导致建筑出现漏水、渗水等不良问题,进而使室内积水问题严重,墙体出现发霉情况,对建筑的使用性能造成不利影响。该情况在日常生活中较为常见,同时对其全面处理难度较大。

2.2 对耐久性的影响

如果建筑中出现结构裂缝,特别是与外界环境直接接触的表面发生裂缝问题,通常情况下会导致混凝土中的钢筋受到腐蚀,导致钢筋及混凝土的稳定性下降,同时钢筋的截面缩小,因此对钢筋混凝土的使用寿命造成影响。

2.3 对强度及安全性的影响

随着时间的推移,裂缝问题也会变得愈发严重,特别是对于具有一定穿透性和深度的裂缝来说,会对结构的整体刚度以及抗剪、抗拉强度造成较大的影响,同时因为出现裂缝问题,整体结构可能会形成应力重新分布,导致原来设计的结构受力与传输模式发生变化,因此对结构强度及安全性造成一定的影响。

2.4 对抗剪能力及强度的影响

为了保证建筑结构具备良好的抗剪能力,需要得到截面的支撑,但是如果发生裂缝问题,导致截面出现裂缝,因此影响工程的整体结构,必然对结构的抗剪能力造成不良影响。同时,工程结构的整体结构也深受裂缝的影响,如果发生裂缝问题,将会导致钢筋外露,混凝土内部极易受到水和空气的侵蚀,进而导致混凝土变质,工程的整体结构明显降低。

3 建筑结构设计裂缝成因分析

3.1 地质因素

对建筑工程来说,在施工起始阶段,进行全面的地质勘察工作能够为设计工作提供重要的参考依据,对设计质量有较大的影响,如果地质勘察工作不合理,将会对工程设计及施工人员形成一定的误导,进而导致设计人员无法掌握工程地质情况。进而导致施工阶段或工程投入应用阶段出现建筑结构裂缝问题。

3.2 设计因素

设计是建筑工程施工阶段的关键环节,也是对建筑结构进行塑造的一个过程,在具体工作过程中,如果设计人员缺乏对工程信息及施工现场地质情况的了解,或者缺乏对建筑材料以及材料间相互作用的认知,则可能导致建筑在实际应用阶段发生裂缝问题。另外,地基基础设计是建筑设计的主要组成部分,如果设计不合理将会导致建筑物局部沉降差异增加。地基沉降不均匀将会严重影响建筑物结构,引发应力和变形问题,如果应力与变形超出可承受范围,将会导致各类构件开裂,如果未及时进行处理,则会导致不均匀沉降问题严重。

3.3 施工因素

为了保证工程质量达标,首先需要确保工程的安全性,安全性也是整个工程的重要基础,建筑工程在施工阶段,需要明确材料的质量、性能及使用数量,严格遵守相关要求进行施工,加强对工程质量的监督。如果施工不规范则可能引发裂缝问题。

3.4 材料因素

对建筑工程来说,材料因素是建筑物出现裂缝的一个主要因素。其中混凝土属于一种混合胶结材料,其主要组成部分包括水泥、粗细集料、水以及其他添加剂等,各组成成分不合格均会对混凝土质量造成影响,导致开裂。比如,水泥的质量性能不达标可导致混凝土膨胀开裂;集料中含泥量不符合标准将会导致混凝土局部薄弱处出现裂缝;氯盐含量不合理将会导致混凝土钢筋锈蚀膨胀导致裂缝问题。因此需要合理选择建筑材料,性能、质量达标的材料对于保证建筑结构的稳定性,减少裂缝发生具有重要意义,因此需要对材料中物质进行有效控制,确保其满足工程要求。

3.5 混凝土变化因素

首先,混凝土温度变化可导致裂缝出现,在混凝土硬化的过程中,其内部会形成大量的热量,同时因为混凝土自身的导热性不佳,因此混凝土中的热量无法得到及时有效的恢复,但是因为其具有较好的外部散热性能,因此导致混凝土内部与外部之间的温差较大,温差较大则会形成较大的应力,混凝土表层产生一定的拉力,如果拉力高于其承载范围,则会引发裂缝问题。其次,荷载也可导致裂缝问题。受弯与手拉构件受到荷载与外力的影响会形成裂缝。因为混凝土具有抗压强度高、抗拉强度低的特点,属于脆性材料的一种,对构件进行设计时如果荷载预估不合理或者钢筋配置不合理,混凝土手拉区域钢筋发生塑性变形,该部分混凝土则会出现裂缝。同时对混凝土构件设计的过程中需要确保裂缝宽度处于合理的范围内。通过比较不同建筑结构的裂缝能够发现,工程建设阶段常会发生建筑物荷载情况,所以导致混凝土结构的裂缝发生风险较高[1]。因为设计存在偏差,所以荷载形成的裂缝在建筑中十分常见。

4 建筑结构设计裂缝的有效解决对策

4.1 提高设计水平

提高建筑结构设计水平有助于预防建筑结构裂缝问题。首先需要做好结构整体设计工作。在开展设计工作前工作人员需要深入施工现场进行全面勘察,对相关数据信息进行全面收集,保证最终设计与建筑结构体系标准要求相符。进行结构设计工作前需要对结构承受荷载及作用的大小进行预估,同时对温度变化情况进行准确计算,了解混凝土材料的后期变化特征,同时需要对混凝土结构受到温度应力的大小进行评估。结构设计的过程中需要合理选择约束机制,有效释放与抵抗混凝土的温度应力。尤其在进行建筑结构受力设计的过程中,需要充分遵循整体性原则,保证结构受力性能,实际工作过程中充分根据基本受力原理,保证受力图与受力分析的一致性。对高层建筑进行设计的过程中,需要对结构抗变形能力及抗荷载能力进行分析,合理设计结构尺寸,确保整体结构处于平衡的状态下,避免发生裂缝问题。

其次需要做好混凝土设计工作。由于混凝土导致的裂缝问题在建筑工程中十分常见,为了有效预防裂缝问题,需要提高混凝土设计水平。在建筑结构设计的过程中合理明确混凝土的强度等级,如果等级较高将会导致水泥用量增加,凝固阶段形成的水化热易引发裂缝问题;如果强度较低将会导致抗压性能下滑,也可能引发裂缝问题。除此之外,如果混凝土的坍落度较大,浇筑阶段易导致离析,如果坍落度较小,可导致混凝土密实不佳引发裂缝问题,尤其是在地下室等结构设计过程中,需要采用抗渗混凝土,实际施工阶段,将外加剂应用于混凝土中也有助于减少裂缝问题,在混凝土构件中合理设置构造钢筋有助于实现对裂缝问题的有效控制[2]。目前应力分析只需要对结构所承受的主要应力进行分析,除了结构的受力钢筋,还需要使用构造钢筋保证结构的稳定性与耐久度。不仅需要严格遵守相关要求进行钢筋的配置,同时需要保证配置位置的合理性,因此设计人员需要充分掌握各类构件的构造配筋方式,提高应用效果。可使用具有较高强度的钢筋构件,避免混凝土发生开裂问题,同时对于地基沉降导致的裂缝问题,需要认真分析钢筋设置,提高整体结构的稳定性。

最后需要做好预应力设计工作。设计建筑结构预应力的过程中需要认真分析几何结构、钢筋等相关因素,优化设计方案达到节约钢筋用量,减少结构自重的目标,施工阶段需要对建筑结构的长度进行合理控制,保证其处于合理的范围内,同时对地下部位来说,需要设置后浇带,通过密孔钢丝网对周围混凝土进行加固处理。如果存在长度超出规定范围的情况,可采用沉降缝、后浇带等方法预防裂缝问题。

4.2 合理选择材料

施工建设阶段需要使用大量的材料,其类型丰富,不同环节使用的材料各不相同,如果存在材料质量不达标,与施工要求不符的情况,不但会引发裂缝问题,还会影响整体结构质量。因此需要严格把控材料质量,根据设计要求明确材料的类型、数量、性能等,做好采购工作,使用前对材料的质量进行检验,避免材料因素导致裂缝问题。如果选择混凝土材料过程中使用混凝土的体积较大,需要合理调整水泥浆稠度,保证混凝土具有良好的密实性,对砂石骨料来说,需要确保其级配良好,保证材料符合设计要求,减少裂缝问题发生。比如,在实际施工过程中,使用粉煤灰材料有助于改善混凝土的和易性,进而减少水泥材料的用量,有效避免裂缝问题。对水泥材料来说,需要采用收缩性较小的材料,同时适当增加一些外加剂,有效降低水灰比。同时要做好温度控制以及养护措施,提高整体施工质量,避免发生裂缝问题。

4.3 严格把控施工工艺

建筑工程施工内容繁多,工序复杂,如果工艺把控不牢,存在操作不规范等问题,不但会导致裂缝问题,同时还会严重影响工程质量。因此施工人员需要严格遵守相关规范要求展开施工工作。例如,对混凝土浇筑施工来说,需要优化工艺技术,采用分层浇筑的方法,减少外部环境因素对施工质量造成的影响[3]。如果环境稳定性较高,可埋设水管,确保混凝土内部与外部温度接近,提高结构抗裂性能,同时合理设置钢筋的分布位置,保证钢筋不会受到施工因素的影响,利用其抗拉特性抵抗混凝土的温度应力,有效减少裂缝问题。

5 结 语

综上所述,裂缝问题在建筑工程中十分常见,因此需要全面分析导致裂缝产生的原因,根据工程实际情况,采取针对性防范对策,最大程度降低裂缝发生概率,保证建筑结构质量。

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