建筑結構設計裂縫成因及控制措施探析

韓文燕

（大同市建筑設計研究院 山西大同 037000）

混凝土是建筑工程施工期間必需材料之一，在城市化腳步不斷推進的時代中，混凝土結構在建筑領域有廣泛應用。但部分施工單位缺乏對混凝土的深度研究，以致工程施工與投運期間混凝土裂縫問題頻頻出現，嚴重影響工程施工整體質量，很可能減縮其壽命。大量的研究與實驗發現，混凝土結構裂縫是工程施工中難以規避的問題，這與材料自身的屬性及結構的受力變形機制相關[1]。故此為滿足建筑的使用需求與結構需求，在結構設計中加強對混凝土結構裂縫控制具有很大現實意義。

1 裂縫的類型

1.1 塑性沉降裂縫

塑性沉降裂縫特點是“中部寬，兩側窄”，外顯梭型，多出現在建筑結構的變截面處、梁板交匯處、梁柱交匯處等，一般情況下裂縫的深度可抵達鋼筋表層。減少或規避該種裂縫的方式是控制水灰比、砂率和塌落度；針對截面相差過大的構件，應對較深的位置先澆筑，靜放1～1.5h、待沉降穩定后再和上部薄截面同步澆筑，同時要嚴格管控保護層的厚度。

1.2 塑性收縮裂縫

該類結構裂縫多在工程施工期間產生的。塑性收縮裂縫以無規格、多邊形樣式分布，或大致呈現互相平行狀排布。裂縫間距最小可達幾厘米，最大為十幾厘米。該類結構裂縫在初始階段均體現出淺顯性特征，伴隨著時間的推移會逐步發展為連續性裂縫。防控措施以嚴格控制混凝土的水膠比、水泥用量與粉砂用量等措施為主；并在高溫、大風及干燥等相對惡劣等施工氣候條件下，應積極運用相關措施，以確保工程施工質量[2]。

1.3 溫度應力裂縫

溫度是影響溫度應力裂縫的最直接因素。在混凝土現實施工作業中，多需一個相對較長的施工期，在以上過程中，由于晝夜溫差或室內外溫差較大及混凝土結構表層散熱較迅速，進而對澆筑施工質量產生一定影響。當溫差作用下導致混凝土表面拉應力大于其所能承受的拉應力強度時，溫度應力裂縫就會隨即生成。該類裂縫并不顯眼，但其對建筑體安穩性造成的負面影響是不容忽視的。溫度應力裂縫外部表現以深度不一的表面裂縫為主，防控措施是嚴格控制混凝土內外溫度差、防止混凝土超冷及防止老混凝土溫度過低，進而降低新老混凝土間的束縛程度。

2 裂縫成因分析

2.1 地質因素

工程正式施工前期的地質勘察工作對工程設計、工程施工質量均產生一定影響，如果對地質的勘探評估缺乏精確性與真實性，將會造成設計人員設計、施工人員施工時對工程地質狀況缺乏全面掌握，那么針對地質問題做出相關防裂措施就無從談起。

2.2 設計因素

設計是工程施工的首要流程，也是塑造建筑工程輪廓的時段。若相關人員在設計中未能結合工程要求與地質因素科學進行防裂縫設計，或對建筑材料缺乏整體掌握，沒有認識到材料間的相關作用與影響，很可能導致建筑投運期間出現裂縫[3]。

2.3 施工因素

安全性是維護建筑工程施工質量的基礎條件。在施工作業期間，材料質量與應用數目是否與相關標準相匹配；施工人員在具體施工中，是否按照相關規范進行操作；工程的負責人與監管人在對工程施工質量監督時，是否做到嚴格、認真、全面等，均會對裂縫是否產生與嚴重性造成影響。

2.4 混凝土變化的因素

（1）混凝土溫度變化引起的裂縫：混凝土在硬化期間，內部會生成較大熱量，但是混凝土導熱性與散熱性相對較差，故此混凝土內部的熱量難以快速散發，而其外部散熱較快速，在混凝土內外部溫差較大時，開始膨脹，同時在膨脹的過程中產生較大的應力，此時其表層會承受較大的拉力，該種拉力遠遠超過混凝土所承受的范疇，進而產生裂縫。

（2）混凝土形體的變化會形成裂縫：在鋼筋混凝土結構中鋼筋直徑較大，或混凝土體積較大，均會造成混凝土在塑形過程中，水平方向與豎直方向的收縮速度不一致，此時混凝土上部結構在沉降過程中受到的限制不勻稱，進而導致裂縫生成。

3 建筑結構裂縫的控制措施

3.1 嚴把設計關

①在工程設計環節中，相關人員要全面分析可能誘發建筑結構裂縫的各種因素。②重點分析建筑體混凝土結構的整體剛度，進而采取相關辦法去提升整個建筑體的荷載能力。③要分析建筑體可能出現的不均勻沉降問題，在以上現象出現時，會形成一定壓應力和拉應力，并且會造成建筑結構對溫度應力的抵制能力降低。故此，為規避工程設計中存在的問題誘發結構裂縫，在實際設計過程中，要精確測算建筑體的荷載能力，同時對突發情況及不可調控因素進行預測與判斷，進而不斷提升工程設計的科學性與可執行性。

3.2 嚴把選材關

材料是影響建筑工程施工質量、工程造價、工程使用年限的重要因素之一。施工單位在材料選購環節中，應嚴格對混凝土材料嚴格把關。通常情況下，對于大體積混凝土最好應用水熱化值低的粉煤灰水泥或礦渣水泥。與此同時，為有效優化水泥漿的粘稠性，改善混凝土的拉伸能力，可將適量鹽水防裂劑等外加劑添入其中。另外，施工單位也要全面貫徹落實國家相關標準與規范，合理選擇與優化處理骨料。相關的管理人員也要對建筑材料質量進行嚴格核查，并做好防曬、防水、防火等管理工作，進而促使建筑材料質量得到根本保證[4]。

3.3 嚴把施工關

施工過程對建筑工程質量產生的影響是最直接的，也是最大的。故此，應提升施工技術水平，同時對施工人員的施工行為進行規范并嚴格監督施工質量。在對混凝土澆筑作業中，應全面分析氣溫、風速等環境因素，在高溫環境下，建議施工人員選擇分層澆筑法，利用澆筑面自體的散熱性能去減縮高溫環境對混凝土澆筑質量造成的負面影響。也可以采用埋設水管的辦法，實現物理降溫的同時，也維持了混凝土結構的濕潤度。在具體澆筑作業期間，施工人員也要分析鋼筋結構布設的方位問題，需確保鋼筋結構安穩性而不受澆筑作業的干擾，進而提升整個建筑結構的安穩性。建筑結構多為大體積混凝土，建筑結構的梁和樓板的混凝土強度應維持統一，最好選擇中級。而當建筑結構的墻和柱的混凝土等級高于梁和板時，節點核心區域的混凝土強度等級應和柱和墻維持一致，在梁和柱混凝土強度等級有差異的情況下，節點施工的做法見圖1。

3.4 預應力與結構設計

回顧最近幾年的建筑工程施工情況，發現在設計預應力結構時，應綜合分析建筑體的幾何結構的規格、預應力筋的數量及預應力結構抗裂程度要求。通常情況下，設計時取梁長的1/15，在現存設計與施工技術水平基礎上，多會應用1/18～1/20，一方面能降低鋼筋用量，另一方面也能降低建筑自體結構重量[5]。比如，在對建筑結構進行平面設計，保證建筑結構平面布置的規律性是基礎，規避平面布置形狀意外發生變化的狀況；若設計的平面有凹口，應將拉梁設置在凹口處的邊界，適量增加凹口周圍樓板的厚度，同時對配筋加強處理。除此之外，也要依照相關規范與要求嚴格管控建筑結構的長度，若出現建筑體結構超過有關規范設定的額定值時，需在地下部位與地上部位分別設置后澆帶與膨脹加強帶。前者多被設置在梁與樓板的1/3寬處，寬度應在800～1000mm區間內取值。而后者寬度多為2000mm，將密孔鋼絲網布設在帶兩端，借此方式隔離帶內外的混凝土，鋼絲網應與上下層（或內外層）垂直分布，同時對鋼筋進行加固。膨脹加強帶帶中需加設15%水平溫度鋼筋，水平溫度鋼筋應勻稱的排布在上下層，其內摻有12%的膨脹混凝土，能夠促使混凝土強度等級提升一級。

圖1 梁柱節點混凝土強度處理示意圖

4 結束語

建筑體和人們的日常生產生活密切相關，故此從很大意義上分析提升建筑體施工質量是對個體生命與財產安全性的有效維護。建筑結構的裂縫是嚴重影響建筑質量與安全性能的主要問題之一，技術人員在實踐中應給予其高度重視，重視建筑工程施工的設計環節，不斷提升設計的可行性與科學性，對一些標準參數有一個相對較好的估量。另外，在具體施工實踐中，應加強管理，重視材料與施工工藝技術的選擇。