建筑結構設計中的裂縫原因分析及改善措施

姜 巍 郜志遠

（中機國際工程設計研究院有限責任公司 湖南長沙 410007）

引言

隨著建筑行業的不斷發展，人們對建設施工過程中出現的問題也越來越重視，尤其是關于建設施工中結構的裂縫預防問題。建筑結構中所存在的裂縫現象會對使用的安全性以及耐久性等產生不同程度上的影響。在建筑工程中，裂縫問題與結構設計有著很大的相關性。為了有效的控制裂縫問題，在建筑工程結構設計過程中必須要以工程實際的地質條件為依據，據其結構形式，不斷對結構設計進行優化，并且制定完善的裂縫防治措施。另外強化工程施工監管制度，保證施工單位依照規范制度嚴格執行，從而提高建筑物的使用性能，促進建筑業的發展。

1 建筑工程結構裂縫的危害

1.1 整體強度減弱

當建筑工程結構在設計中出現裂縫時，建筑工程的整體強度將會被直接影響，裂縫會使混凝土的鋼筋暴露在建筑表面，鋼筋更容易受到水和空氣等外界因素的腐蝕而質量下降，建筑工程項目強度也隨之下降。而且，建筑工程結構強度的下降還會加重裂縫問題，使建筑工程出現惡性循環，建筑物的耐久性逐漸變低，影響建筑物在工程后期的使用性，減少建筑物壽命。

1.2 建筑剛性減弱

在建筑工程設計結構出現裂縫問題后，裂縫截面位置中總會發生不同程度的上移，這種上移現象會影響建筑工程的整體結構設計。而裂縫不斷加寬，會導致建筑內部結構嚴重變形，降低了建筑物的剛度性能，使建筑物不能長時間承受高壓作用力，降低了建筑工程項目整體結構的疲勞度。

1.3 建筑工程結構抗剪承載力減弱

裂縫問題除了對建筑整體強度和建筑剛性有影響外，還會降低建筑工程項目結構的抗剪承載力。裂縫的出現，支撐抗剪作用的截面面積越來越小，建筑工程的抗剪力就會下降，建筑工程的抗剪承載力變低時，建筑物會更容易出現程度不同的裂縫問題，使建筑工程結構的完整性被嚴重破壞。

2 建筑工程結構設計中裂縫問題產生的原因

2.1 溫度應力影響

在建筑工程中，溫度應力是建筑工程結構設計產生裂縫的主要原因，而溫度應力出現變化主要是由于建筑工程存在自生應力和約束應力。建筑物結構內外溫度不同使得建筑結構自身產生的溫度應力是自生應力，常出現在一些尺寸較大的構件上。當早晚溫差變大或者混凝土表面散熱率不均勻，建筑物就會產生這種自生應力使建筑工程表面出現裂縫。例如建筑工程施工中，施工人員按照要求對混凝土澆筑后，水泥內部熱量比混凝土表面溫度散發速度慢，混凝土內部結構和外部結構出現顯著的壓力變化，導致混凝土撕裂變形，出現裂縫。

2.2 貫穿裂縫的影響

貫穿裂縫的產生主要是由于混凝土產生大規模形變而引起的。在水泥跟水融合的反應過程中會產生大量的熱，而在塑性的過程中因溫度不斷升高所以彈性模量小，而變形所引起的應力較小所以溫度應力完全可以忽略不計的，但是隨著混凝土溫度的逐漸降低，硬氣的形變以及混凝土中的水分蒸發流失都將造成混凝土體積收縮進而發生形變。建筑結構因為遭到地基以及空間的制約將會引起拉應力的產生，而當這個力度超過了所能承受的極限時就會產生貫穿裂縫。

2.3 鋼筋腐蝕影響

鋼筋是在建筑工程項目結構設計中確保總體結構穩定的關鍵性材料，其表面會有一層混凝土保護層。因為混凝土保護層的質量不達標，鋼筋會與二氧化碳、氯化物直接接觸發生反應。同時施工人員對鋼筋進行混凝土澆筑，雖然可以提升建筑墻體的結構剛度，但也使混凝土外層的氧化膜受到破壞，使鋼筋被氧氣、水侵蝕。當鋼筋出現銹蝕問題時，鋼筋與混凝土之間的握裹力就會降低，在建筑物整體結構上就會出現其他新的裂縫。

3 建筑結構設計中控制裂縫的措施

3.1 結構的平面布置

應當確保建筑結構平面布置的規則性，避免平面布置形狀出現突變的情況。在平面存在凹口時，應當在凹口部位的邊緣設置拉梁，凹口周邊的樓板應當適當的加厚并且對配筋進行強化，樓板的負筋應當拉通。此外還應該按照相關規范和要求對建筑結構的長度進行控制，在建筑結構的長度超過相關規范規定的數值時，地下部位設置后澆帶，地上應設置膨脹加強帶。后澆帶通常設置在梁和樓板的1/3寬的位置，寬度應當在800～1000mm范圍內。加強帶寬度一般為2000mm，帶兩側布置密孔鋼絲網，以此將帶內混凝土與帶外混凝土分隔開，鋼絲網垂直布置于上下層（或內外層）鋼筋之間，并用鋼筋加固。膨脹加強帶帶內增設15%水平溫度鋼筋，水平溫度鋼筋均勻布置在上下層，內摻12%的膨脹混凝土后，且混凝土強度等級提高一級。后澆帶及加強帶的設置應當將梁、墻和板完全的分開，鋼筋仍然應該連續的配置。在房屋長度超過規定的的數值比較大的情況下，應當進行變形縫的設置。在建筑物群房和主樓的高度相差比較大的情況下，需要在主樓和群房之間進行沉降縫或者是后澆帶的設置，這樣能夠有效的避免或者減少因為基礎沉降而導致的裂縫的產生。

3.2 混凝土構件厚度

由于鋼筋錨固和耐久性等因素的影響，必須對現澆構件的最小厚度進行合理的限制，對于現澆樓板的厚度應當選擇≥L/30-L/40（L為板的計算跨度），通常民用建筑不應當低于100mm，根據實際發現，樓板的厚度在比較薄的情況下可能會出現收縮裂縫，因此必須結合實際情況根據相關規范和要求對其最小厚度進行科學的限制。

3.3 混凝土強度等級選用

建筑結構通常屬于大體積混凝土，建筑結構的梁和樓板的混凝土強度應當保持一致，宜選用中級。在建筑結構的墻和柱的混凝土等級高于梁和板時，節點核心區的混凝土強度的等級應當與柱和墻保持一致，在梁和柱混凝土強度等級不同的情況下節點的做法見圖1。現澆梁與樓板的混凝土強度等級應當保持一致性。在柱和墻的混凝土強度等級大于梁和板的混凝土強度時，節點核心區的混凝土強度等級應與柱和墻相同，梁和柱混凝土強度等級不同時節點的做法見圖1。

圖1 梁柱節點混凝土強度處理

3.4 配筋設計

對建筑結構構件應根據裂縫控制配筋，尤其是大跨度梁板需特別注意。屋面板的結構配筋宜采用雙層雙向通長配筋，在樓板陰陽角變形應力集中的部分應增加設置放射鋼筋。對于板的受力鋼筋的配置應當按照直徑下、間距密的原則，從而對構件的裂縫進行適當的減小。必須嚴格按照相關規范進行配筋設計和間距的設置，進而對混凝土結構的裂縫進行有效的控制。通過情況下混凝土在自然狀態下，其復合材料包括水泥、水、砂、石等外加劑和摻合料在物理和化學作用下成分逐漸硬化為多孔的復合材料，由于初始溫度收縮應力引起的許多內部微裂紋，在外力作用下裂紋逐漸擴展。而混凝土的宏觀裂縫，繼續快速膨脹導致破壞。對于鋼筋混凝土，尤其是加固后的鋼筋混凝土結構，出現裂縫不會瞬間破壞，其會在較短的時間內限制裂縫的寬度。因此，在混凝土施工時鋼筋的施工就顯得非常重要，其能夠有效地控制裂縫的出現和限制裂縫延伸。

4 結語

總之，不同成因產生的裂縫問題一直困擾著我國建筑工程的整體結構設計，阻礙著我國建筑業的發展。由分析可知，設計師通過合理布置建筑物平面，合理安排門窗，對原材料提出精確要求，嚴格把控混凝土的澆筑質量，合理設計建筑結構等方法大大減少了建筑工程結構設計中的裂縫問題的出現，加強了建筑物的剛性和抗剪承載力，提高了建筑物整體強度，也推動了我國建筑行業的進一步發展。

[1]馮麗，顧渭建.高層建筑超長結構無縫設計裂縫控制的建筑與結構技術[J].哈爾濱建筑大學學報，2002，35（2）：40～43.

[2]嚴順榮，成永娟.民用建筑混凝土結構裂縫成因及修補措施探討[J].中小企業管理與科技旬刊，2010（10）：253～254.

[3]景星星.建筑結構裂縫成因及防治措施分析[J].引文版：工程技術，2015（41）：131.