工业建筑混凝土结构裂缝问题分析

【摘要】工业建筑行业是我国的重要经济增长行业，其设计质量关系到广大居民的切身利益。工业建筑裂缝不仅仅大幅度缩短了工业建筑的使用寿命，也威胁到使用者的生命财产安全。笔者将结合多年的结构设计经验，从设计角度分析出现裂缝的原因，并提出具体的防治措施。

【关键词】工业建筑，混凝土裂缝，结构设计

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

在工业建筑设计过程中，混凝土的结构裂缝是整个建筑设计管理中最重要环节，对建筑的整体质量有着十分重要的影响。因而，加强对工业建筑设计裂缝的分析，并采取有效的预防和治理措施，有着十分重要的意义。

二、混凝土结构裂缝在建筑、结构设计方面原因

1、建筑设计方面

（1）在工业建筑的平面形状不规则的凹角部位和开洞等位置，楼板的受力情况复杂，来自两方面的应力叠加而产生应力集中，就会产生大于混凝土抗拉强度的主拉应力，形成上下贯穿的裂缝。

（2）车间平面长度与产生裂缝的关系。建筑物结构平面越长，由于建筑材料的收缩和温差引起变形影响，会出现墙体连同楼板的横向裂缝。

2、结构设计方面原因

（1）现行规范侧重按强度考虑，而针对控制温度应力与混凝土收缩应力进行的配筋往往考虑不够。由于墙体变形会牵连楼板，使楼板在板角部位产生拉伸变形，按传统的概念在板角部位增加抵抗负弯矩钢筋的目的，只是考虑楼板在承重竖向荷载作用下弯曲变形，没考虑墙体或边梁对楼板的影响。所以，就算在端跨的板角增加了负弯矩钢筋或增加放射形配筋，但还是避免不了端部单元楼板板角的45°向裂缝。

（2）对具有预埋管的楼板在防止板裂缝的构造措施考虑不够。例如PVC管用多了，由于它与混凝土握固力非常小，PVC管密集部位的楼板出现“真空”，大大降低了板在抗弯时的计算高度。

（3）对开孔的楼板，特别是孔开得比较大的双向板的设计问题，我们更多只是考虑楼板在竖向荷载作用下的洞口四周加强钢筋，往往忽略了如果周围的支承点是剪力墙或深梁时的板与墙体或板与梁的变形协调问题。如果墙或梁刚度较大，板的孔边凹角处必然出现应力集中，开洞板出现翘曲现象。

（4）对板、柱、梁采用不同混凝土强度等级及后浇带问题，我们在一般建筑物的结构设计中，为了充分发挥混凝土的强度特性及抗震设防原则，楼板及梁的混凝土强度等级往往比柱低。特别是高层建筑的底下几层这现象比较普遍。但如果梁板与柱交接处处理不好，不同强度等级的混凝土的收缩变形不协调，就会造成交接处的开裂。设计较长的条形建筑时，为了减少混凝土的收缩变形，往往会预留后浇带，对防止楼板开裂是有好处的，故一般情况下后浇带不能代替伸缩缝。

三、混凝土结构裂缝的控制设计

1、建筑设计方面

建筑平面布置力求简单、规则，不宜有太多凹凸，设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。当无法回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，以防应力集中导致构件开裂。建筑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，以保证建筑的整体性，防止墙体由变形集中产生裂缝。纵墙端部尽量少设门窗，且门窗洞不宜过大，以增加砖墙的抗剪面积，提高其自身抗剪能力，同时应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、砖墙本身的温差变化而引起的拉应力产生的。建筑保温(隔热)层的效果好坏直接影响顶层砖墙的裂缝程度。所以，建筑保温(隔热)层一定要符合热工要求。保温材料的性能及施工方法要符合规范要求，且保温层厚度要适当加大，满足保温效果。

2、裂缝控制设计方法的确定

混凝土结构的裂缝控制不是单纯的结构理论问题，它涉及到设计、施工、材料等方面，因此应根据各个工程的具体情况采取相应的裂缝控制方法，目前国内外所采用的方法主要有两种:

（1) 以放为主。“放”就是释放或减少约束，对于由外约束引起的应力一般采用“放”的方法解决。如设计中常采用设置沉降缝、伸缩缝、后浇带来释放变形; 通过在基础底面设滑动层、截面突变处设减阻层来降低混凝土中的约束应力。一般对于露天结构和主要受外约束的构件采用“以放为主”的方法。

（2) 以抗为主。“抗”就是在优化结构方案、改善结构使用环境的基础上，通过优化混凝土材料的选择、增配构造钢筋、掺加纤维材料等措施，提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸能力。如采用设置后浇带或“跳仓法”设计，在释放掉早期大量温差和收缩变形之后，通过混凝土自身强度来抵抗剩余部分温差和收缩应力。“抗”的方法适用于结构变形主要受到内约束时的裂缝控制。对于地下、半地下结构通常采用“以抗为主，先放后抗”的方法。

3、混凝土原材料的优选

在进行裂缝控制时，也可以从混凝土的组成成分入手，达到控制裂缝的目的，包括合理选择水泥的种类、优良的骨料级配和选择合适的外加剂及其用量。尽管选择材料是由设计来确定的，然而作为一个结构设计者也需要掌握其选择的原则，主要有以下几个方面:

（1) 应尽量采用中低热水泥品种，如矿渣水泥、普通硅酸盐水泥，确定合理的混凝土配合比，充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量。

（2) 适当掺用混合材可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力，如掺合成纤维时，其体积率一般不大于 0.15%。

（3) 混凝土设计时宜使用缓凝型高效减水剂，使混凝土具有较高的早期强度，有利于混凝土前期抗裂。

（4) 混凝土宜优先选择以自然连续级配的粗料配制，适当选用较大集料粒径，粒径不大于 40 mm，细集料采用优质的中、粗砂为宜，细度模数宜在 2．6 ～2．9 范围内。

4、构造方面的设计

（1) 适当增配承受因水泥水化热引起的温度钢筋，以构造钢筋来控制裂缝。在相同配筋量的前提下，钢筋的直径较细、间距较密能有效提高混凝土的抗裂。钢筋直径 8 mm ～ 14 mm 和间距100 mm ～ 150 mm 是比较合理的。

（2) 结构设计时应尽量避免出现刚度突变、应力集中严重的结构形式，在断面突变、构件开洞等应力集中部位，应配置抗裂钢筋并适量增配附加钢筋。

（3) 大块式基础、其他筏式、箱式基础可采用“后浇带”或“跳仓法”来控制设计期间的较大温差及收缩应力。后浇带的位置应靠近截面或刚度突变部位，后浇缝宽度不大于10 mm，最大间距不大于40 mm。

（4)在高低底板交接处、底板地梁处等设置缓冲层，用聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离，以缓冲基础收缩时的侧向压力，其厚度为30 mm ～ 50 mm。

（5) 设置应力缓和沟，即在混凝土结构的表面，每隔一定距离( 结构厚度的 1/5) 设置一条沟。工程应用的结果表明，此种方法可将结构表面的拉应力减少 20% ～ 50%，能有效地防止结构表面裂缝的产生。

5、与设计的密切配合

设计人员除做好抗裂设计外，还应与施工单位密切配合，才能达到裂缝控制的目标。如在设计中应注明“后浇带”尽量设在梁或墙中内力较小的位置; 跳仓法设计时，分仓的划分和宽度应根据结构的受力情况、刚度变化情况以及设计条件与设计单位进行协商确定; 当厚度较大的基础分层浇筑且停歇时间较长以及下层混凝土已凝固再浇上层混凝土时，宜在新浇混凝土底面配置钢筋直径不大于 12 mm，间距不大于 150 mm 的限裂钢筋网。

四、结束语

总之，加强对工业建筑混凝土结构裂缝设计的分析，可以促进混凝土的质量提高，进而确保建筑工程的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]刘峰.混凝土设计技术措施探讨[J]西南大学报，2010（3）

[2]黄凤清．裂缝问题在设计中几个特殊问题技术处理［J］．铜业工程，2008(4)

[3]单桂林现浇楼面板裂缝的控制与处理浅析[期刊论文]《工程抗震与加固改造》ISTICPKU-2010年4期