建筑结构裂缝成因分析

金明

河南省建筑科学研究院有限公司（450000）

建筑结构裂缝成因分析

金明

河南省建筑科学研究院有限公司（450000）

建筑结构裂缝产生的是原因各方面的，有建筑物使用管理、施工和设计问题，也有收缩裂缝、温度裂缝，沉陷裂缝等原因。寻找裂缝成因，利于有目的的进行裂缝控制。

建筑结构；收缩裂缝；温度裂缝；沉陷裂缝；其他施工裂缝

在我国，从桥梁、路面等交通设施到沿海的海港工程结构，从民用建筑、商业建筑到化工、冶金工业建筑,混凝土结构裂缝问题的影响极其广泛。所以，对于正在大量建设各种基础设施而结构混凝土裂缝现象普遍的我国，迫切需要深入开展对混凝土裂缝问题研究。混凝土裂缝产生原因往往是多方面的,从裂缝性质可分为结构性及非结构性裂缝两类。

1 结构性裂缝原因分析

1.1 建筑物使用管理问题

按照常规，建筑物一旦发生问题人们自然地把问题归咎于设计人员和施工人员，很少想到使用和管理人员。实际上，使用和管理对房屋的寿命和突发事故有很大影响。合理使用，管理得当，房屋的寿命长，事故的隐患可以得到及时治理，事故的发生率大大下降；相反，使用不和理，管理不当，即使是高质量建筑物的寿命也会缩短，而那些存有各种隐患的建筑物则有可能发生事故。

中国煤炭科学院上海研究所测试中心食堂悬索结构屋顶塌落事故就是一个典型的例子。该工程是1960年由上海某设计院设计，是探索新结构形式的试点工程。该食堂为圆形，直径为17.5 m，中部为直径3 m的型钢内环，由90根直径为7.8 mm钢绞索将内外环连接，索上铺板。该建筑使用20年后，于1983年9月22日20时30分突然出现屋面塌落事故。据查，该建筑的针绞索及锚头发生严重锈蚀，使用单位对该房屋又不进行检查，致使9根钢索突然断裂，然后，其他钢绞索相继被拉断，于是发生了屋面塌落事故。

总之,旧建筑物在使用过程中存在的问题较多，这与过去对使用过程和管理的重要性认识不够有关。近年来，随着旧建筑物使用和管理标准和规范的出台，这些问题会逐渐得到解决。

1.2 施工问题

对于混凝土结构来说，影响混凝土结构使用寿命最普遍的问题是保护层厚度、混凝土质量和节点处理问题。

1）保护层厚度问题

在混凝土结构中，钢筋保护层得不到保证的现象非常普遍，箍筋保护层更是如此。箍筋外露，主筋的保护层一般也达不到设计要求。设计尺寸小的构件，对施工的要求更高，如大型屋面板，设计保护层只能有10 mm左右，施工时稍不注意，保护层就不能保证。调查数据表明，大多数大型屋面板保护层厚度不足10 mm，约有20%的板的钢筋保护层几乎为零。没有保护层的钢筋锈蚀速度很快，影响整个结构的安全使用。

2）构件的节点问题

装配整体式结构的节点也是容易出现施工质量问题的部位,如北京石景山电厂冷却塔,72个梁柱的节点只有3个基本完好，38个节点钢筋锈蚀，其余节点钢筋外露且有不同程度的锈蚀，结构使用年数约17年。节点的质量问题是节点混凝土强度偏低，约10 MPa。

3）混凝土的质量问题

提起混凝土的质量,强度总是要放在首位。但是对于混凝土结构的耐久性来说，密实性与强度有同等的重要性。混凝土的质量对其耐久性能有很大影响。低质量的混凝土抗碳化、抗腐蚀的能力差，构件的寿命低。

1.3 设计问题

1）安全度

我国的设计规范都有结构或构件的抗力大于或等于作用效应的规定。设计者往往取R略大于S,甚至R等于S。这样做在当时可使结构的造价略有下降，取得了经济效益，但是随着设计规范的改进，用现在的规范去校核,结构的安全度一般都不满足。可以说，我国有一大批旧的建筑物属于这种类型。

2）耐久问题

以往的设计是不大重视结构耐久性的。结构构件的设计都是以抗力为主并考虑稳定等性能。构件的尺寸小，混凝土强度低，抗腐蚀和侵蚀的能力极低，加上施工偏差、使用管理不当等因素的影响，这些构件破损的速度极快，使用寿命较短。因此，适当提高混凝土的设计等级是一个极为重要的问题。

2 非结构裂缝原因分析

2.1 收缩裂缝

混凝土施工中,为保证混凝土浇捣的和易性，混凝土中加入的水分往往比水泥水化作用需要的水分要多4～5倍。这部分游离水蒸发后，在混凝土内部留下许多毛细孔，混凝土会产生体积收缩，一般称为游离水蒸发收缩。另外，水泥水化作用也会引起混凝土体积的收缩，称为混凝土自收缩(或称混凝土干缩)。所以说混凝土本身存在肉眼看不见的细微裂缝是它固有的一种特性。

根据试验测定，混凝土收缩值的大小和水泥品种、用量、掺水量、骨料规格、振捣密实性和养护好坏有关。如潮湿条件下养护的混凝土，其收缩值比在干燥条件下养护的收缩值减少。施工中常见的混凝土收缩裂缝有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝3种。

1）塑性收缩裂缝

一般在干热或刮风天气易于出现塑性收缩裂缝。多中间宽，两端细，且长短不一，互不连贯。裂缝产生原因是由于混凝土在塑性状态时,受炎热天气，阳光直射、刮大风影响，混凝土表面水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，此时混凝土尚未有强度，致使混凝土表面出现裂缝。

2）沉降收缩裂缝

沉降收缩裂缝一般沿主筋通长方向，在混凝土表面出现,常在浇灌后发生,硬化后停止。沉降收缩裂缝产生原因是混凝土浇捣后骨料颗粒沉落，水泥浆上浮,受到钢筋或大骨料的阻挡,使混凝土互相分离。

3）干燥收缩裂缝

干燥收缩裂缝在混凝土养护完毕一段时间后才出现，为表面性的较浅较细裂缝，多沿短方向分布。干燥收缩裂缝产生的原因主要是混凝土养护不规范，表面水分散失过快，而混凝土内部湿度变化小，表面干缩变形受到混凝土内部的约束，产生较大拉应力后产生裂缝。

2.2 温度裂缝

1）内约束裂缝

内约束裂缝混凝土内外温差过大引起的。例如,混凝土养护期间受寒流侵袭，混凝土表面急剧降温,就有可能引起混凝土表面裂缝。内约束裂缝深度一般只有30 mm左右，表层以下仍保持结构完整性。

2）外约束裂缝

大体积混凝土在硬化期间放出大量水化热，内部温度上升很快,一般在混凝土浇注后72 h达到最高温度。由于混凝土内部散热慢而混凝土表面散热快，这种温差在混凝土表面引起拉应力。当混凝土后期均匀降温冷却时，受到基岩或老混凝土垫层约束，混凝土内部出现拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土产生温度裂缝。外约束裂缝多发生在施工后2～3个月或更长时间，多在结构中部出现。外约束裂缝较深，或是贯穿性的，破坏结构的整体性。

2.3 沉陷裂缝

沉陷裂缝多为深进或贯穿性的，其位置与沉陷方向一致。较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度与沉降值成正比。沉陷裂缝产生的原因是结构构件落在未经处理的回填土或松软地基上，混凝土浇灌后，地基侵水引起不均匀沉降而导致沉陷裂缝。特别是平卧生产的钢筋混凝土构件(如薄腹梁)，由于侧向刚度差，配筋少，最易引起弦、腹杆或梁的侧面产生沉陷裂缝。另外因模板刚度不足，模板支撑间距过大，支撑底部松动以及过早拆模，也常导致此类沉降裂缝出现。

2.4 其他施工裂缝

1）滑模施工、构件制作脱模、运输、堆放、吊装中，有时会产生各种裂缝；2）后张预应力构件和预制空心板抽芯过早或过晚，会使混凝土塌落或拉裂; 3）构件吊装时吊点不正确；4）构件堆放时支撑垫木不在同一直线上,构件运输时遭受剧烈震动和冲击；5）侧向刚度差的构件在吊装时，侧向未采取临时加固措施，造成弯距过大、应力集中等情况而使构件产生吊裂；6）高层建筑滑模施工中，安装模板没有锥度，会将混凝土表面拉裂；7）模板提升时间过长，混凝土与模板黏结，易出现水平裂缝；8）地面施工中，过多的抹压触动，常使表面出现龟裂。

3 总结

只要有针对性地对裂缝产生进行预防和控制，做好设计、施工、后期管理维护的工作，是可以最大程度地避免或减少损失的。