建筑结构设计裂缝成因及控制策略分析

建筑结构设计裂缝成因及控制策略分析

陈红波,谢理文

中机国际工程设计研究院有限责任公司

摘要：我们国家全方位的高速发展在很大程度上促进了我国建筑行业的迅猛发展。当前阶段，在建及即将开工的建筑工程数量每年都在逐渐增加，国家及人们对于建筑工程建设要求的不断提高。建筑结构设计裂缝是工程建设中常见的质量问题之一，如果建筑结构出现了裂缝，将会大大降低建筑整体的结构稳定性和抗震性。从建筑设计到施工，如果操作规范性不强，不重视细节的控制，很可能导致不利因素影响建筑结构，出现裂缝现象。加强对裂缝问题的防治，可提高工程项目的建设质量，也能保障工程建设的效率和安全性。

关键词：建筑结构设计；裂缝成因；控制策略

引言

在如今建筑的施工过程中，使用混凝土的施工过程是相对较为复杂的，其中涉及许多专业的技术，这就对相关的施工部门提出了极大考验，尤其是对于建筑的混凝土施工过程中。从实际施工情况来看，建筑中运用建筑混凝土施工是相对较为频繁的，只有将其做好，才能有效保证建筑的质量。

1建筑结构设计裂缝成因

1.1原材料选择问题

混凝土原料的品质对混凝土结构质量的好坏有很大的影响。在大量的建筑材料中，存在着大量低价、低劣的建筑原材料，一些建筑企业为了赚取利润，他们会从中挑选一些劣质的原材料，使得混凝土的质量不能得到保障，从而增加了混凝土裂缝产生的概率，甚至造成后期房屋的坍塌和裂缝问题。

1.2基础结构设计不合理

建筑结构设计中，地基结构设计参数不合理时，建筑物会伴有不均匀沉降风险，导致楼板区域的现浇混凝土结构开裂，甚至引发更为严重的墙体裂缝。若设计人员仅考虑结构荷载、构件尺寸等设计参数，忽视了裂缝诱因，会导致建筑结构最大裂缝宽度验算偏差较大，数据没有可参考性。

1.3应力变化造成裂缝

无论是哪种原因产生的裂缝，主要都是由于应力的变化产生的。所以要搞清楚砌块建筑裂缝成因，首先要明白应力是如何导致裂缝产生的。简单来说，因为应力而产生的裂缝是因为局部载荷的增加，使建筑结构中的一部分产生了不均匀的集中应力，随着集中应力的增大，当其超过砌块自身的抗拉强度时，就会导致裂缝产生。

1.4温度应力产生的裂缝

温度应力裂缝产生的主要原因是建筑所处的温度。在浇筑混凝土的过程中，必然需要耗费一定的时间作为施工周期，但是建筑所在地的白天和夜晚温度通常会产生较大的温差，会导致建筑的混凝土浇筑不可避免地受到影响。如果建筑混凝土自身能够承载的拉应力小于温差产生的拉应力，就会由于温度应力而在建筑表面产生裂缝。温度应力裂缝看上去虽然并不明显，但是会对建筑的功能产生较大影响。温度应力裂缝通常出现于建筑表面，而且其深度大小不一，要想避免温度应力产生的裂缝，就必须在设计过程中重视温差对于建筑的影响。

2建筑结构设计裂缝控制策略

2.1合理选择原材料

在施工时，应按有关规定选用原材料，保证原材料的品质，避免原材料的质量问题而影响工程的质量。同时，要对原材料进行适当的保存，使其保持干燥，使其不会腐烂。并确保其在使用期间不会受到任何的污染。例如，在选用水泥时，应先确定其组成的配比，再合理选用适当的水泥，以确保其品质达到要求，并确保无裂缝，选用适当的水泥，是保证预拌混凝土质量的重要因素。目前，为了适应各种施工要求，建筑工地采用的水泥种类不尽相同，各种型号、牌号水泥的内部组织也有很大的差别，从而对混凝土的主体结构造成影响。例如，传统波特兰水泥在生产工艺中的强度值很高，但是它会引起大量的热水化反应。与常规水泥相比，矿渣水泥具有较低的水化热，但在使用中易发生渗漏、干燥收缩等问题。所以，在选择水泥时，要根据当地的施工要求，根据不同种类水泥的特殊性能进行适当的选择。一般建筑工程可选用粉煤灰、硅酸盐水泥，并按水泥含水量和灰分的配比进行适当的膨胀，这类水泥预拌控制起来，还是比较容易的，并且这样可以将热水反应的温度降到最低，防止水泥裂缝的发生。

2.2优化建筑基础设计

1）建筑基础设计时，应规范地对建筑平面进行设计，若平面结构中存在凹口，设计人员应在平面处布设拉梁，并在地基结构上方的楼板衔接区域增加配筋，使其与地基结构相互贯通、共同承担建筑物的应力。2）设计人员还应按照建筑的设计规范控制基础结构的尺寸。若建筑长度超出标准设计值，设计人员应结合现浇混凝土结构特点，增设后浇带，后浇带间距宜为30 cm。设计后浇带时，设计人员还可用该结构分离建筑基础结构，并连续配置钢筋构件，通过基础结构中配筋量的增加以及结构应力的贯通性，预防现浇混凝土裂缝。3）设计人员验算建筑设计方案中最大裂缝宽度时，还应考虑工艺设计对裂缝风险的影响。同时根据建筑结构整体设计和功能要求，准确计算各区域基础结构的应力条件与荷载能力，更科学地确定设计参数，从而减少现浇混凝土裂缝问题。

2.3应力作用下的裂缝处理

处理应力变化产生的裂缝要改善砌块地受力情况，使其产生较少的应力。在建筑构造上，首先要防止出现荷载超出砌块承受范围的情况，其次要选择合适的砌块进行施工，根据不同的施工要求选择不同的强度等级，关键是防止出现应力集中，在进行整体设计中应注意建筑刚度的分布是否均匀。砌体砌筑使用的砂浆也应根据相关要求在强度等级上作出相应的改变，如可能会受到较强震动的建筑、层高较高的建筑中的墙和柱应使用强度等级≥M5的砂浆，除此之外，在较为寒冷的地区或者是潮湿环境下，建筑物所使用的砌体砂浆应该选择比通常情况下强度等级高一级的砂浆。综上，可以采用改变砌体受力方式或者改变砌块的强度等级来使其具有足够的强度。在结构设计方面，进行结构计算的同时，不仅需要考虑构件的承载力问题，而且需要对砌体在建筑中可能产生的剪、拉附加应力做好充分的估算，并采取相应的措施避免应力集中造成的危害。

2.4有效控制温度荷载裂缝

在控制温度裂缝的时候，施工单位需要提前关注、规划并选择控制方法，从而使水化热现象发生的概率降低，待混凝土达到初始强度之后，相关操作人员必须严格控制温度以及水分的固化条件，保证混凝土表面的温度以及湿度，防止建筑结构表面产生裂缝。与此同时，还应当紧密结合施工相关要求，建设地下室预应力筋抵抗温度应力。缓粘结预应力技术施工难度不高，可有效节约工期，同时提升建筑结构的耐久性与安全性，建设单位应加大缓粘结预应力技术的应用范围，提升对温度应力裂缝的控制力。当施工地区昼夜温差较大的时候，地下室顶板的温度应力影响较为显著，降温的温差越大时，顶板的温度应力便越大。为解决这一问题，施工单位应适当延长后浇带的闭合时间，从而控制温度应力对混凝土收缩的影响效果。在应对荷载裂缝的过程中，应在建筑物的顶层设置隔热层或者保温层，避免建筑物外部墙体与内部环境产生较大的温度差异，从而导致裂缝问题出现。同时，应控制模板的周转情况，保证拆除所有模板的时候能够存在荷载能力，在这一过程中即使产生裂缝也能够及时被发觉，在操作过程中必须严格遵守相关施工规范，防止裂缝问题发生之后带来更多、更严重的不良影响。

2.5完善建筑工程设计方案

完善结构设计方案是降低混凝土裂缝产生的重要基础，设计人员要对工程施工的方案以及施工现场进行调研和分析，对设计方案进行优化，提升土木结构设计的水平，并在设计的过程中对混凝土的材料、配比、养护等各项细节进行控制。设计人员在设计时必须考虑造成混凝土裂缝的主要原因，并结合勘察数据了解周边的环境湿度、温度等，然后再结合建筑工程的整体结构对施工材料进行选取和设计。施工单位要做好交底工作，以便及时发现设计图纸中存在的问题，避免后续出现设计变更影响施工质量和进度。

2.6合理控制混凝土结构配筋率

控制混凝土结构配筋率需注意以下几点：1）按照建筑混凝土结构的耐久性要求，设计人员可准确评估其耐久性，针对性地分析建筑结构中混凝土结构的应力分布情况，排查应力过于集中的区域。对于应力过于集中的结构，应提高配筋率。2）设计建筑结构时，对于部分存在强约束的结构，设计人员应提前预留变形余地，通过改变配筋量、设计伸缩量的方式减少现浇混凝土裂缝。3）对于建筑中梁结构、楼板结构的设计，设计人员可基于相关规范控制配筋率。设计建筑楼板结构时，应选用直径小的钢筋，且楼板中钢筋间距应适当缩小，可降低建筑构件使用后出现裂缝的概率，使建筑结构的构造配筋、受力配筋更为合理，对加强现浇混凝土裂缝控制意义重大。除此之外，建筑屋面结构设计时，针对部分无负弯矩钢筋的结构，设计人员可通过双层双向配筋的方式避免板面结构收缩量被双向约束，有利于预防建筑板面结构中的贯穿裂缝。

2.7配合比设计引起的裂缝的防治对策

混凝土是建筑必不可少的原材料，为了节约成本，施工过程有时与骨料的混合不充分，最终导致骨料的不合理使用。因此，在选择复合材料时，必须考虑当地气候因素，以提高复合材料的稳定性，避免发生开裂。在选择一些复合材料时，按照建筑标准施工，保证现场施工的质量，包括小于120mm的地基、梁、地板和天花板的装饰。对于建筑，最佳泵送高度为150mm，养分含量不应超过170kg/m³，常规固体物料的进料密度必须控制在270～450kg/m³。在550kg/m³时，物料的取水量不会超过550kg/m³，混凝系数小于0.60。当材料达到工作标准时，可以通过计算来确定使用的数量，应在尽可能减少成本的前提下选择较小的砂粒尺寸。配合比负责人员将根据每个现场实际施工条件、所采用的浇筑捣打方法、实际人员业务水平和各组成部分的位置，科学规划浇筑和细化配合比，也要根据施工现场砂石质量，为施工的后期维护做提前的预案和准备。

2.8完善设计

混凝土接缝预防工作需要在施工前进行，施工设计阶段尤为重要。施工人员应根据施工环境、温度、材料选择、材料配置、施工设备等方面，结合施工图纸，判断混凝土浇筑的难点位置，制定合适的施工方法。混凝土浇筑非常容易开裂，因此需要施工人员对整个浇筑过程进行监督，并对浇筑高度和速度进行精确控制和设计。建设项目涉及不同规模的项目。不同的施工通常采用不同的施工方法，特别是小型施工项目。将使用从外部购买的混凝土。这需要工程师设计运输路线，以确保混凝土运输的长度尽可能短。运输过程中需要连续搅拌，以避免混凝土凝结。预埋件的装配效果会影响浇筑效果，这就要求工程人员严格确定预埋件的位置，进行严格的施工工艺设计，确保混凝土浇筑的稳定施工，避免二次修补的发生。

结语

综上所述，在建筑工程施工阶段，裂缝是一个普遍存在的问题，裂缝的科学控制预防对建筑质量、安全、美观有重要影响。因此，建筑工程设计、施工阶段必须对裂缝问题予以重点关注，对裂缝的成因进行深入分析，制定科学合理的控制对策，确保结构设计科学可行，并对施工建设进行科学严格管理，有效避免裂缝发生，为建筑结构整体质量及安全性、美观性提供可靠保障。

参考文献

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