建筑工程裂缝机理的研究北京东方华太Word文档格式.docx
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2.裂缝特点：
裂缝多为斜向，少部分为竖向和水平方向。
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荷载引起的裂缝
1.此类裂缝多出现在轴心或小偏心受压的砖梁或砖柱上，有时候也出现在截面较小的承重窗间墙上，
多呈竖向裂缝，有时呈现枣核形，严重处砖块断裂，砌体出现剥落现象。
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冻融（胀）裂缝
1.此类裂缝多发生在寒冷地区房屋的基础、檐口、女儿墙或经常受潮湿的厨房、卫生间等的外墙，有时室外踏步也发生此类裂缝。
在裂缝附近砌体或混凝土酥松、剥落，且随时间推移有逐渐恶化的趋势。
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两种结构体系变形不协调裂缝
1.此类裂缝多出现在两种结构体系收缩、温度变形不协调的薄弱部位或交界处。
2.例如：
在砌体结构外侧贴建混凝土框架外楼梯的交接处。
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沉降温度裂缝
此类裂缝特点是：
在房屋上下层皆出现不同程度裂缝。
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温度、应力集中裂缝
此类裂缝是由于外界温度变化和应力集中综合因素造成的。
2.混凝土结构裂缝机理
塑性塌落裂缝
1.一般多在混凝土浇注过程或浇注成型后，在混凝土初凝前发生。
2.由于混凝土拌合物中的骨料在自重作用下缓慢下沉，水向上浮，产生泌水。
若是素混凝土，混凝土内部下沉是均匀的；
若是钢筋混凝土，则混凝土沿钢筋下方继续下沉，钢筋上面的混凝土被钢筋支顶，使混凝土沿钢筋表面产生顺筋裂缝。
3.这种塑性塌落裂缝，对于大流动性混凝土或水灰比较大的混凝土尤为严重。
塑性收缩裂缝
1.一般多在混凝土浇注后，还处于塑性状态时。
2.由于天气炎热、蒸发量大、大风或混凝土本身水化热高等原因，而产生裂缝。
1.一般多在混凝土硬化过程中。
2.由于混凝土失水干燥，引起体积收缩变形，这种体积变形受到约束时，就可能产生干缩裂缝。
3.混凝土干缩裂缝，一般有两种形状：
一种为不规则龟裂纹状或放射状裂缝；
另一种为每隔一段距离出现一条裂缝。
1.一般是由于外界温度变化，使混凝土产生胀缩变形，这种变形即为温度变形。
2.当混凝土构件受到约束时，将在混凝土构件内产生应力，当由此产生的混凝土内部拉应力超过混凝土抗拉强度极限值时，混凝土便产生温度裂缝。
水化热裂缝
1.一般多在大体积混凝土或高强混凝土施工过程中。
2.由于混凝土水化热很高，致使混凝土内部温度与混凝土表面温度以及外部环境温度相差较大，加之有约束的存在，就会产生水化热裂缝。
收缩、温度裂缝
1.一般在混凝土硬化过程中或使用一段时间后产生。
2.这种裂缝是在有约束的条件下，由于混凝土的体积收缩、外界温度变化导致混凝土产生收缩和温度应力及变形。
当其收缩和温度应力达到混凝土抗拉强度极限值或混凝土极限变形值时，混凝土即产生收缩温度裂缝。
地基沉陷裂缝
1.一般情况下，当混凝土结构主体和基础刚度较大时，其抵抗地基沉陷的能力还是较强的。
2.但是，地基处理不满足规范要求时，特别是在严重湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、盐渍土、软弱土等不良场地，仍时常产生地基沉陷（膨胀）裂缝。
1.一般多在主体结构建成后出现。
2.混凝土结构应力集中裂缝主要分布在：
门窗洞口、平面或立面突出凹进、开结构洞口、结构刚度突变以及集中荷载等处。
冻融裂缝
1.一般在寒冷或严寒地区。
2.由于混凝土受潮并遭受多次冻融，造成混凝土裂缝；
也可能是由于土体冻胀，使混凝土产生裂缝。
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钢筋锈蚀裂缝
1.一般是由于混凝土在使用外加剂不当（如使用了超量氯离子的外加剂）或混凝土结构处于有腐蚀性气体或液体的环境中，以及施工时控制不严，混凝土保护层过薄或露筋，致使混凝土中钢筋生锈，铁锈（氧化铁）体积膨胀。
2.此外，当混凝土碳化深度超过钢筋保护层时，也会导致钢筋锈蚀膨胀，使混凝土产生裂缝。
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碱骨料反应裂缝
1.这种裂缝是由于混凝土原材料中的水泥、外加剂混合材料以及水中的碱性物质与骨料中的活性物质发生膨胀性的化学反应。
2.碱骨料反应裂缝通常在混凝土浇注成型若干年后出现，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内部应力而开裂。
3.由于活性骨料一般呈均匀分布，故混凝土发生碱骨料反应后，混凝土各部分均产生膨胀应力和变形，特别是混凝土在遇水的情况下，其体积约膨胀3~4被，使混凝土产生膨胀性酥松状裂缝。
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荷载作用裂缝
一般是由于结构物受到荷载作用，导致混凝土内部产生拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，致使混凝土产生裂缝。
2建筑工程裂缝防治
Ⅰ混凝土及其原材料的抗裂性能
1.混凝土胶凝材料体系的抗裂性能研究：
①水泥的开裂性能受水泥强度、生产厂家（主要是水泥成分）和水泥碱含量等多种因素的影响，并且在碱含量和强度等级的影响中，强度等级的影响比较显著。
②水灰比（W/C）：
在一定水灰比范围内（一般0.3～0.5），随着水灰比的增加，水泥的开裂时间有较大的增长。
当水灰比超过一定范围（一般0.50）后，随着水灰比的增大，水泥的开裂时间基本不再延长，有时甚至出现了缩短。
③外加剂：
高效减水剂的加入，一般会使水泥的开裂时间缩短，但其在水泥中存在一饱和掺量。
当掺量达到饱和掺量前，随着掺量的增加，水泥的开裂时间缩短；
当达到饱和掺量后，在一定掺量范围内，高效减水剂掺量的增多，对开裂性能影响不大。
④粉煤灰掺合料：
掺入适量的Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰，可以有效改善水泥的抗裂性能，并且掺入Ⅰ级灰的水泥抗裂性能优于掺Ⅱ级灰。
Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰的适量掺入可以完全弥补高效减水剂掺入带来的对水泥抗裂性的不利影响。
粉煤灰和高效减水剂的双掺，既能改善和易性，又可以改善水泥的抗裂性能。
粉煤灰的适宜掺量为20%～30%。
⑤矿渣掺合料：
矿渣粉对水泥开裂性能的影响，不能一概而论。
只能根据实际中所使用的矿渣粉的情况，根据试验确定。
在试验中发现，环开裂的时间对温度及湿度、操作过程等都比较敏感，试验条件越严酷（环境温度越高，湿度越小），开裂敏感性越大，即受偶然因素的影响越大。
目前，圆环开裂试验只适用于对材料开裂性能的相对评定。
2.“混凝土的组成材料与配合比对混凝土收缩性能的影响规律”及“养护方法对混凝土早期塑性裂缝和后期收缩的影响”的研究：
对混凝土收缩性能的研究表明：
①在胶凝材料浆体组成一定时，骨料体积含量越大，混凝土的收缩值越小。
骨料体积在68%～70%范围内变化时，对收缩的影响最为敏感。
从减少混凝土的收缩的角度看，当骨料体积含量大于70%时，最为有效。
②以粉煤灰等量替代水泥，通常会导致混凝土收缩的增大，早期增大10%～30%，后期增大10%左右。
质量替代率小于20%，收缩增幅较大；
20%～30%左右，混凝土收缩基本不变或略有减小；
大于30%，则收缩增幅较小。
③矿粉等量替代水泥，会导致混凝土收缩的增大。
掺量小于15%时，对收缩影响较小，对控制收缩有利。
④胶凝材料浆体组成和含量不变时，砂率不会对混凝土的收缩产生大的影响。
⑤骨料体积含量一定时，存在使混凝土收缩变形小的胶凝材料浆体组成，此时0.50～0.60为较佳水灰比（水胶比）范围。
在较佳水灰比（水胶比）下，单位用水量的变化对混凝土收缩变形的影响并不显著。
⑥避免使用粒经分布集中、中间粒级颗粒少的粗骨料，采用少量瓜子片调整级配，使粗骨料级配曲线接近级配要求范围下限，且含有一定量的2.5～10mm骨料时（即级配曲线小于10mm部分接近级配范围下限），可在一定程度上减少混凝土的干燥收缩。
⑦含泥量对收缩是绝对有害的，骨料中的含泥量应尽可能降低。
通过平板试验和收缩试验，养护方法对混凝土早期塑性裂缝和后期收缩影响的研究表明：
在正常施工环境下，采用喷洒养护剂的方法，能减少混凝土的塑性裂缝，对提高混凝土的抗裂性能具有一定效果。
3.砌体结构现浇楼板裂缝的研究：
①不同的水泥，其开裂时间不同。
②对同一种水泥，水灰比铀.3增加到0.4时，塑性收缩产生的裂缝的面积率也增大。
③当水灰比从0.3～0.6变化时，水灰比越大，水泥石越不容易开裂。
水泥石失水速度越快，开裂时间越早。
④加入聚丙烯纤维后，可起到分散裂缝、减少裂缝宽度的作用。
4.化学减缩剂对混凝土裂缝影响的研究：
掺入减缩剂可以不同程度地降低混凝土的干缩率，早期减缩率可达30%～75%，后期减缩率达20%～40%。
减缩剂可以延缓混凝土的开裂时间，减少裂缝面积及发展速度。
总结论：
①在一定范围内，随着水灰比的增加，水泥石和混凝土的开裂时间延长。
要想混凝土有较好的抗裂性能，，混凝土水灰比宜为0.4～0.55。
②加入一定量的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，对提高混凝土的防开裂性能是有好处的，其适宜掺量为20%～30%。
尤其在掺加高效减水剂时，更宜同时掺用粉煤灰。
③将粗骨料级配控制在接近级配曲线的下限，或调配达到最大紧密度，将有利于提高混凝土的抗开裂性能。
④采用减缩剂，可以在一定程度上减少混凝土的收缩，提高混凝土的抗开裂性能。
⑤注意混凝土的养护，降低混凝土的失水速率，也是提高混凝土抗开裂性能的方法之一。
⑥在混凝土中，掺入适量聚丙烯纤维，能有效减轻混凝土塑性收缩裂缝的发展，降低裂缝的宽度和长度。
Ⅱ混凝土结构中构造缝（防治裂缝）的设计
结构缝是一个综合概念，可分为永久性的构造缝和临时性的施工缝。
在建筑结构的适当部位设置各种类型的构造缝，可在满足结构体系传力功能要求的条件下，尽量减小约束应力的积聚，以达到控制裂缝的目的。
1.构造缝的类型
在混凝土结构中设置构造缝的目的，是容纳结构的各部分之间在各种作用下可能产生的变形和位移，减小约束应力的积聚，避免产生间接裂缝。
膨胀缝（伸缝）
1.由于混凝土结构中某些部分体积膨胀，与其余部分造成变形差。
为防止变形差积累过大，设置缝而加以隔离。
2.常见的膨胀缝，多位于因日晒和炎热气候而体积变化的屋盖或山墙部位，与其保温隔热措施有关。
收缩缝（缩缝）
1.为了减小混凝土在凝固过程中体积减小或温度下降而造成的约束应力，可设置收缩缝。
2.由于混凝土的凝固收缩所有时间性，相对已基本完成收缩的预制构件或叠合结构，收缩缝的要求可适当降低。
沉降缝
1.地基或荷载不均匀造成结构沉降差异难以避免。
在沉降差异较大处设置沉降缝，可以减小因此而引起的约束内力及沉降裂缝。
2.由于基础沉降的时间性，随着沉降渐趋稳定，沉降缝的作用也逐渐减小。
抗震缝
为避免建筑物各部分之间在地震作用时互相碰撞而设置的隔离缝，与结构体型、高度、地震烈度等因素有关。
体型缝
结构体量庞大且形状复杂时，采用体型缝将其分割为形状相对简单、尺度不大的若干区段，以防止在刚度变化较大处引起内力和变形不协调而产生的裂缝。
局部缝
1.在形状突变处或结构凹角部位，往往因应力集中引起局部裂缝。
2.主动在此开槽设缝，可以消除裂缝对观感或使用功能的影响。
控制缝（引导缝）
采用一定的手段（预埋隔离片或削弱截面），引导间接裂缝在预定位置出现，并事先采取措施消除对观感和使用功能的影响，可避免无规则开裂引起的不良后果。
拼接缝
在装配式结构中，预制构件之间或预制构件与支承结构之间，需设置拼接缝，并采取有效措施解决结构传力的连续性及整体性问题，并避免裂缝。
2.构造缝的设计原则
考虑到现代建筑体量庞大、形态复杂、混凝土温度收缩变形大等特点，设计时应合理布置构造缝，防止约束应力积聚过大。
在施工过程中，合理设置施工缝和后浇带，减少和避免早期收缩的影响。
根据各类构造缝的功能和特点，应尽量将其合并，做到一缝多能，并采用有效的构造措施，以保证其应有的功能。
同时提出构造缝的做法和要求。
控制裂缝的方法，可分为“堵”、“补”和“导”。
构造缝的设计属于“导”的范畴。
结构设计时，除了应采取适当配筋和构造措施外，还可通过结构缝的合理设置来控制可见裂缝。
Ⅲ裂缝防治研究
一、现浇混凝土楼板
1.砌体结构模型试验
⑴楼板出现非荷载性裂缝与混凝土收缩有关，与板上承受的可变荷载大小武无关。
⑵设置圈梁和构造柱对结构刚度有一定提高作用，但楼板裂缝即使在没有圈梁和构造柱的情况下也可发生，且发生的裂缝可能更多更严重。
⑶裂缝出现时间，大约在混凝土龄期的3～4个月左右，也有提前或延后出现的情况。
裂缝一旦出现，经一段时间发展后，可基本达到稳定，不再有新裂缝出现。
⑷非荷载裂缝一般是贯穿性裂缝，可引起渗漏。
楼面与板底裂缝位置相近，但一般不完全吻合，所以裂缝截断面一般不是规则平面，且不垂直板面。
⑸板角45°
角裂缝出现的可能性最大。
⑹砌体结构房屋的室内温度随房屋外界环境温度的变化而变化，室内温度的变化规律与室外温度变化规律相近；
室内温度变化要滞后于室外温度变化1～2天；
当外界环境温差较大时，是内可出现的温差较小，为室外温差的2/3～1。
2.防止现浇板收缩裂缝构造措施
对于减少和防止混凝土现浇楼板板角的45°
裂缝，采取“放”与“抗”两种构造处理措施。
所谓“放”，就是在板角增设后浇缝，后浇缝宽300mm。
在该处楼板混凝土浇筑两个月后，用细石混凝土浇灌后浇缝，同时加入膨胀剂，并加强后浇缝混凝土的养护。
浇灌后浇缝混凝土前，原楼板混凝土与后浇缝混凝土的接缝处，按现行施工规范进行处理。
所谓“抗”，就是在板角增设辐射筋。
其原理就是通过密布钢筋限制混凝土收缩，从而达到防止45°
裂缝出现的目的。
辐射筋在板底和板面应均匀双层布置，其中，辐射筋的底筋布置在楼板底筋之上，辐射筋的面筋布置在楼板面筋之下。
辐射筋用钢丝在原楼板绑扎固定。
二、地基不均匀沉降
1.有限元计算分析的有关结论
⑴在正常事使用阶段，首层窗台墙由上到下约0.6m范围内的墙体主拉应力大，主拉应力方向接近水平方向，常处于开裂的临界状态，是导致墙体竖向开裂的主要原因。
⑵首层窗台墙竖向裂缝，随着地基的不均匀沉降程度的增大而增多；
随着窗口宽度、跨度尺寸的增大而增多。
⑶首层内横墙、山墙为承重墙，承重荷载大。
岁墙体跨度的增加，单元开裂的树数目呈突增趋势。
⑷考虑窗台墙的不利受力状态，在窗台下设置窗台梁改善墙体的受力，可大大减少竖向裂缝的产生。
⑸增加基础底板厚度，可减少墙体单元开裂数目，但效果不明显。
⑹在±
0.000m设置地圈梁，提高基础纵向刚度，能有效约束墙体的不均匀沉降，改善墙体的受力状态，使墙体单元开裂的数目明显减少。
⑺墙体在均匀地基情况下，产生开裂的可能性很小，甚至不开裂，但绝对的均匀地基是不存在的，只能尽量提高地基处理质量，减少不均匀沉降。
因为砌体结构由于材料性质关系，对地基变形敏感，当不均匀沉降超出基础和上部结构所能协调的范围时，造成墙体开裂。
2.减少和防止地基不均匀沉降造成裂缝的措施
⑴地基处理措施
①地基处理应根据软弱地基的构成、特性以及上部结构的设计要求，选用适宜的处理方法对软弱地基进行处理，达到提高地基承载力和减小变形、减小不均匀沉降的目的。
②对已选定的地基处理方法，宜按建筑等级和场地复杂程度，在有代表性的场地上，进行相应的现场试验或试验性的施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果。
若达不到设计要求时，应查明原因，修改设计参数或调整地基处理方法。
③天然地基、复合地基静载荷试验，当按相对变形值确定地基承载力时，同一场地、同一建筑物的各点试验所取的沉降量s与荷载板宽度b之比，必须是在规范要求的允许范围中的同一数值。
④天然地基和人工处理地基的建筑及按规范规定需进行变形观测的建筑，必须进行沉降监测。
当基础施工至±
0.000m部位时，必须按规范规定的位置、数量设置沉降观测点，并在主体施工阶段，每一结构层沉降观测一次，主体封顶后进行百日观测。
根据百日平均沉降值确定后继观测周期，直至沉降趋于稳定。
⑵建筑措施
①建筑物的体型应力求简单；
纵横向结构构件的布置均匀对称，沿平面不错位，沿竖向应上下连续，力求结构平面及体型规整，避免结构平面上的突然变化。
②建筑物的长度宜控制在50m以内，若超出50m，应按50m段设置沉降缝。
③同一结构单元，不宜部分采用天然地基、部分采用桩基。
⑶结构措施
①采用天然地基和人工处理地基的建筑，除应进行持力层土的承载力计算外，还应进行软弱下卧层验算及地基变形验算，沉降值和局部倾斜值应满足规范要求。
②条形基础和筏形基础，当采用天然地基和人工处理地基时，在0.000m标高处，必须在纵横向内外墙设置贯通的钢筋混凝土地圈梁，相应平面内位置，基础应采用肋梁式，并在适当位置设短构造柱，将±
0.000m地圈梁与基础板肋梁拉结，与基础墙一起形成组合梁。
③当预估沉降量大于120mm时，应注意增强纵向的空间刚度，为减少建筑物的盆形弯曲变形，应设置两道内纵墙，轴线上下宜对齐，开洞率不应大于35%，且洞口处过梁（圈梁或底板肋梁）应加强。
④首层外墙窗台第一皮砖下，应设置4Φ6通长钢筋，或采用现浇钢筋板，并从洞边伸向墙内，长度不小于120mm，或在窗台下设置通长钢筋混凝土梁（带），截面高度宜≥180mm。
⑤减少或调整基底的附加压力措施
A设置地下室或半地下室。
B按沉降控制的要求，选择和调整基础底面积。
C采用梁板式基础，扩大基础支撑面积。
三、多层砌体房屋
1.影响房屋温度裂缝的因素
⑴增大构造柱截面和圈梁截面尺寸，能起到降低约束墙体温度应力的作用，但增大构造柱截面尺寸起的作用比较有限，而增大圈梁截面尺寸有较明显的作用。
⑵适当提高砌体砂浆强度等级，对抵抗温度裂缝的发生和发展有较明显的作用。
⑶墙体增设水平配筋后，使墙体的抗拉强度提高，对抵抗温度裂缝的效果较为明显。
⑷顶半与墙体相对温度影响，若属于屋面楼板，由于有保温层使其上下板面的温差不大；
外墙如无外保温等导致墙体内外层温差比较大，当这种温度接近或大于20℃时，则墙体的温度应力增长很快，是产生温度裂缝很重要的原因。
2.减少和防治温度裂缝的措施
⑴建筑构造措施
①加强屋面的保温隔热性能，包括挑檐板的保温隔热，减少温度应力对屋盖和顶层墙体的影响，建议将多层砌体房屋保温层的厚度适当提高并具有较大刚度，同时注意做好屋面的防水，防止因屋面漏水造成屋面保温层效果下降。
对于炎热和寒冷地区，建议设置架空屋面板等有效的保温隔热措施。
同时，由于不论保温隔热措施如何，楼板仍然会产生温度变形这一实际情况，建议尽量采用柔性防水，以防刚性防水破坏造成保温层破坏的发生。
②适当提高顶层圈梁的厚度和配筋，顶层圈梁对于增强房屋的整体性和减少楼板温度应力对墙体的影响起着重要作用。
建议顶层在纵横向两个轴线均设置圈梁。
圈梁高度不宜小于180mm，配筋不应小于4Φ10。
③提高墙体的抗剪和抗拉强度，顶层墙体的砂浆强度等级应采用M7.5，并在山墙和两端一个单元的内外纵墙，沿高度每隔500mm配置2Φ6（240mm厚墙）或3Φ6（370mm厚墙）的通长水平钢筋，并设置Φ4@300mm的垂直钢筋，水平钢筋应锚入构造柱内，当遇洞口时，应锚入不少于30mm厚的砂浆边框，锚固长度不宜小于30d，洞口砂浆面层应配置2Φ6的钢筋，并设Φ4@300mm的箍筋。
④除此之外，应在纵横墙交接处，内纵墙沿墙高1/3～1/2范围内，在墙体顶部设置抗裂构造钢筋，配筋范围沿墙长方向通长。
⑤控制内外纵墙的开洞率，横、纵墙的局部尺寸应满足要求，窗间墙的宽度不应小于1500mm；
内纵墙不应开窗洞，当外纵墙洞口宽度不小于2100mm时，在各层均应设置钢筋混凝土边框，边框柱和梁的高度不宜小于120mm，配筋不宜小于4Φ8；
当局部尺寸不小于规范要求的0.8倍时，可采用沿高度500mm配置通长的水平钢筋，锚入构造柱内或砂浆边框内，锚固长度不宜小于30d。
⑥应尽量做外墙外保温，使外墙温度常年接近室温。
⑵建筑施工措施
①多层砌体房屋的施工，应符合砌体工程施工验收规范的要求。
蒸养制品的上房龄期不应小于28d。
砌筑前砖应浇水。
小砌块只能提前少量浇水，小砌块表面有浮水时，不得施工。
砌筑砂浆应饱满等，并注意养护，这些对于提高砌体的抗剪和抗拉强度作用很大。
②注意选择屋面板的施工温度，在夏季施工注意降温，使屋面板的最高和最低温度差幅度缩小，这样有助于降低温度应力。
3.温度裂缝与外墙、屋面保温
温度裂缝在很大程度上与外墙保温有关。
在寒冷地区，外墙外保温构造中，墙体冬夏的温差只有11℃，而外墙内保温的冬夏温差为50℃，外墙未作任何保温的温差为30℃。
由此可见，内保温复合墙体对防治墙体温度裂缝是非常不利的。
⑴外墙保温应包覆门窗框洞口外侧、封闭阳台、女儿墙以及屋顶挑檐等热桥部位，以减小室外气候条件对这些部位的影响。
外墙做了外保温后，结构墙体温度常年接近于室内温度。
门窗框洞口外侧、封闭阳台、女儿墙以及屋顶挑檐板等部位如果不做保温而直接裸露，这些部位的温度变形会比被保温的墙体大得多。
很可能在与保温墙体的连接部位产生裂缝。
⑵当不得不采用内保温时，应避免混凝土圈梁和构造柱外露。
不能避免时，宜在圈梁和构造柱外侧用高效保温材料做保温层。
同时应在墙体易裂部位以及屋面板、楼板相应部位采取构造加强措施。
与外保温相反，内保温使墙体直接暴露于室外气候条件下，墙体温度昼夜、冬夏变化很大。
特别是对于24cm的砖混结构外墙内保温，混凝土圈梁和构造柱外露，温度变形量大，这对防止外墙的温度裂缝是极其不利的。
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