房屋建筑结构设计中现浇混凝土裂缝的控制对策分析

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李静

中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,四川成都 610056

摘要

混凝土作为现代房屋建筑结构的核心材料,其质量直接关系到建筑物的安全、耐久性及使用寿命。但现浇混凝土因受温度变化、材料收缩、荷载作用等因素的影响易产生裂缝,不仅影响建筑物的美观性,更可能削弱结构的整体性和承载力,加速钢筋锈蚀,进而引发更严重的结构安全问题。因此,通过科学的设计手段,如合理配筋、优化混凝土配合比、加强平面布置与强度等级设计、合理控制构件厚度等,有效控制现浇混凝土裂缝的产生与发展,对于保障建筑结构的稳定性和延长建筑使用寿命具有不可估量的价值。基于此,本文就房屋建筑现浇混凝土裂缝类型、产生原因及控制对策展开论述,以期能够有效控制现浇混凝土结构裂缝问题,提高房建工程建设质量。


关键词

房屋建筑;结构设计;现浇混凝土;裂缝;控制对策

正文


 

随着国家基础设施和商品住房的快速发展,现浇混凝土已成为我国建筑结构中不可或缺的重要部分。然而工程项目实践中,现浇混凝土裂缝问题日益凸显,裂缝不仅影响建筑的美观性,还可能削弱结构的承载能力和稳定性,对房屋的整体质量和耐久性构成了严重威胁本文旨在通过深入分析现浇混凝土裂缝的成因,结合当前工程实践中的经验和教训,提出一系列科学、合理的控制措施,旨在为建筑工程师在房屋结构设计中提供有价值的参考和指导。

1 房建工程现浇混凝土裂缝类型及危害

1.1 现浇混凝土裂缝类型

房屋建筑结构设计中,现浇混凝土裂缝是一个常见且重要的问题这些裂缝不仅影响建筑物的美观性,还可能对结构的安全性和耐久性产生不利影响。现浇混凝土裂缝主要包括温度裂缝、应力裂缝、干缩裂缝等几种类型

温度裂缝通常是由于混凝土结构中内外温度差异较大,导致在沿浇注结构体产生应力非连续变化,出现应力拐点,从而引发的裂缝可能出现在结构的表面或深入内部,甚至贯穿整个构件。一般情况下,此类裂缝是在浇筑大体积混凝土时,水泥水化会放出大量热量,导致内部温度升高,与外部环境形成温差温差会引起混凝土内部的热应力,当热应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝。或者混凝土浇筑时温度较高,加上后期环境温度的变化(如昼夜温差、季节温差等),也会导致混凝土内部温度应力的变化,从而引发裂缝[1]

应力裂缝是由于结构在受力过程中,由于应力超过混凝土的抗拉强度或抗剪强度而产生的裂缝通常具有明确的受力方向和破坏形态应力裂缝的产生多是由于外部荷载过大或结构承载力不足时,会在结构内部产生应力集中,当应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝。也有可能是因为结构设计不合理、配筋不足、结构布置不当等

干缩裂缝是由于混凝土在硬化过程中水分蒸发导致体积收缩而产生的裂缝这类裂缝通常出现在混凝土表面,形状不规则且宽度较细。若混凝土浇筑后表面没有及时覆盖或养护不当,会导致水分迅速蒸发,使混凝土体积收缩当收缩受到约束时(如钢筋、模板等),就会在混凝土表面产生拉应力,从而引发裂缝。此外,水泥品种、水灰比、骨料质量等都会影响混凝土的干缩性能使用干缩性较大的水泥或水灰比过大都会增加干缩裂缝的风险。下图1、2、3分别为受弯构件、受拉构件及受扭构件的裂缝示意图。

 

1  受弯构件的裂缝示意

 

2  受拉构件的裂缝示意

 

3  受扭构件的裂缝示意

1.2 现浇混凝土裂缝的危害

现浇混凝土裂缝对房屋建筑结构的影响非常大,轻则影响房屋美观和使用寿命,重则会导致房屋的结构安全问题。具体来看,现浇混凝土裂缝的危害有以下几点:

1)影响防水性。当顶层屋面板出现裂缝时,水会沿着裂缝进入建筑物内部,尤其是未做防水处理的建筑,将直接影响使用功能。水渗透可能导致内部装饰损坏、电气设备受潮等问题,甚至可能引发更严重的渗漏和积水现象

2)降低结构刚度。裂缝的存在会削弱楼板的整体刚度,使得楼板在受力时更容易产生变形不仅影响使用者的舒适度,还可能进一步加剧裂缝的发展,形成恶性循环裂缝严重时可能导致混凝土表面脱落或形成较大的空洞,从而严重影响结构的整体强度。在极端情况下,裂缝还可能引发结构的倒塌等安全事故

3)影响工程耐久性和使用寿命。裂缝为空气中的水分和腐蚀性气体提供了进入混凝土内部的通道,从而加速钢筋的锈蚀过程钢筋锈蚀会进一步削弱结构的承载能力,缩短建筑物的使用寿命[2]。与此同时,混凝土开裂后,其内部结构受到破坏,抗渗性、抗冻性等耐久性指标均会下降导致建筑物在长期使用过程中更容易受到外界环境的侵蚀和破坏

因此,在房屋建筑结构设计过程中,应高度重视现浇混凝土裂缝的防治工作,采取有效措施减少裂缝的产生和发展,确保建筑物的安全、耐久和美观

2 房屋建筑结构设计中现浇混凝土裂缝的控制对策

2.1 材料选择及配合比设计

科学选择材料和优化配合比设计是控制现浇混凝土裂缝的重要手段,我们应根据具体情况选择合适的材料和配合比,确保混凝土的性能满足设计要求,从而提高房屋建筑结构的安全性和耐久性

材料选择方面,应优先选用低水化热、抗裂性能好的水泥品种,如矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等,以降低混凝土内部温度应力,减少裂缝风险。同时,骨料应选用粒径适中、级配良好、含泥量低的优质材料,以提高混凝土的密实度和强度。此外,合理掺加外加剂,如减水剂、膨胀剂等,也是改善混凝土性能、减少裂缝的有效手段[3]

配合比设计方面,应严格控制水灰比,确保混凝土的和易性和强度要求,同时避免过大的用水量导致混凝土干缩裂缝的产生。与此同时,还应充分考虑混凝土的强度等级、使用环境及施工工艺等因素,合理确定各组成材料的用量比例。通过优化配合比设计,可以提高混凝土的抗裂性能,减少裂缝的产生

2.2 平面布置设计

房屋建筑结构设计中,若能充分避免出现现浇混凝土裂缝,需对整个建筑系统的平面布局进行控制,以免某个区域由于应力过大或现浇混凝土结构的施工和建设问题导致结构存在裂缝。在平面布置中,需重点关注以下三个方面的内容

1)房屋长度控制房屋长度过长会增加混凝土收缩应力和温度应力的累积,从而增加裂缝产生的风险。因此,平面布置设计中应严格控制房屋的长度。比如,当房屋长度超过一定限值时(如40m),应在楼板中部设置后浇带后浇带可以将混凝土分成若干段,减小每段的收缩应力和温度应力,从而降低裂缝产生的风险后浇带的宽度和间距应严格按照设计规范进行设置,通常宽度在800mm至1000mm之间,间距为30m左右[4]。同时在后浇带两侧应设置临时支撑,以防止混凝土在浇筑过程中发生变形

2)建筑高度控制当建筑物的主楼和裙房之间高度相差较大时,由于基础沉降不均匀,容易在交界处产生裂缝。可以在主楼和裙房之间设置沉降缝或后浇带沉降缝可以断开建筑物的结构,允许两侧基础独立沉降,从而减小裂缝产生的风险若采用后浇带,则应严格按照设计规范进行设置,并确保后浇带两侧的结构在施工期间保持独立。与此同时,加强基础设计和施工质量控制,确保基础的承载力和稳定性满足设计要求

3)外露构件控制外露构件(如挂板、栏板、檐口、雨棚等)由于直接暴露在自然环境中,受温度、湿度等环境因素影响较大,容易产生裂缝对于水平长度超过一定限值(如12m)的外露构件,应设置伸缩缝伸缩缝可以允许构件在温度变化时自由伸缩,从而减小裂缝产生的风险。此外,加强外露构件的保温、隔热措施,也可以在一定程度上降低温度变化对其产生的影响

2.3 结构配筋设计

合理的配筋设计,可以显著提高混凝土的抗裂性能,降低裂缝产生的风险。首先,在满足结构安全和使用功能的前提下,适当增加配筋率可以有效提高混凝土的抗裂性能配筋率的增加能够增强钢筋对混凝土的约束作用,减少混凝土的收缩和温度变形,从而降低裂缝产生的可能性。其次,钢筋间距的合理性对于混凝土的抗裂性能也有重要影响过大的钢筋间距会导致混凝土局部约束不足,增加裂缝产生的风险;而过小的钢筋间距则会增加施工难度和成本因此,在配筋设计中应合理控制钢筋间距,确保钢筋能够均匀分布并有效约束混凝土的变形一般来说钢筋间距应根据混凝土的强度等级、板厚、跨度等因素进行确定。再次,在大跨度或温度变化较大的部位设置温度钢筋,可以有效减小温度应力对混凝土的影响,从而避免温度裂缝的产生温度钢筋的布置应根据温度应力的分布情况进行合理设计[5]。与此同时,在现浇板的四角、洞口周围等应力集中部位设置抗裂钢筋,可以增强这些部位的抗裂性能。此外,选用强度高、韧性好的钢筋可以提高混凝土的抗裂性能钢筋的连接质量对于结构的整体性和抗裂性能至关重要钢筋连接过程中应采用可靠的连接方式(如焊接、机械连接等)并严格按照相关规范进行操作,确保连接质量满足要求

2.4 强度等级设计

房屋建筑结构设计中,现浇混凝土裂缝控制过程中科学合理地选择强度等级是至关重要的设计人员综合考虑结构的功能需求、安全要求、环境因素以及经济性等多方面因素

首先,明确不同结构部位对混凝土强度等级的不同要求。例如,对于楼板等构件,通常选择C20至C30的混凝土强度等级,以平衡裂缝控制与施工成本而对于承受较大荷载或需要较高耐久性的结构部位,如梁、柱等,可能需要选择更高强度等级的混凝土,下表1为混凝土结构构件的裂缝控制等级及宽度要求。其次,设计过程中应充分考虑混凝土的收缩和温度变形特性。过高的混凝土强度等级往往伴随着较大的收缩率和温度敏感性,增加了裂缝产生的风险。因此,选择强度等级时需根据具体工程条件进行细致的计算和分析,确保所选强度等级既能满足结构要求,又能有效控制裂缝的产生[6]。此外,为防范出现裂缝,在建筑结构设计中,需协调构件的厚度,方可提高该结构的抗裂缝等级,下表1为工业建筑混凝土结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值要求。

1  建筑混凝土结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值(mm)

环境类别

钢筋混凝土结构

预应力混凝土结构

裂缝控制等级

ωlim

裂缝控制等级

ωlim

 

三级

0.30(0.40)

三级

0.20

a

 

0.20

0.10

b

二级

--

a,三b

一级

--

结束语

总而言之,房屋建筑结构设计中现浇混凝土裂缝的控制通过科学选择材料、优化配合比设计、合理布置钢筋、控制构件厚度以及加强施工质量控制等措施,有效降低了裂缝产生的风险不仅提高了混凝土结构的抗裂性能,还延长了建筑物的使用寿命,确保了建筑物的安全性和耐久性。在实际工程中,我们还需综合考虑多种因素,制定针对性的裂缝控制策略,以达到最佳的控制效果

参考文献

[1]武春阳.探讨建筑现浇混凝土楼板裂缝控制措施[J].工程建设与设计,2023,(23):189-191.

[2]贺丽娟.房屋建筑现浇混凝土施工裂缝的技术管理措施[J].居业,2023,(07):182-184.

[3]赵磊.现浇混凝土质量问题的应对与处理[J].房地产世界,2021,(09):100-102+109.

[4]朱廷珂.混凝土抗开裂施工技术研究[J].工程建设与设计,2020,(10):185-186.

[5]李红瑞.建筑工程现浇混凝土结构质量管控[J].门窗,2019,(21):23+25.

[6]张晓.某建筑裂缝检测方法及分析[J].河南建材,2020,(05):159. 


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