建筑工程結構設計中如何避免裂縫問題

胡華成 浙江恒泰建筑設計院有限公司

當前國內建筑業在飛速發展，人們越來越重視建筑的質量，特別是建筑施工及使用中的結構裂縫的問題。在建筑中使用最廣泛的材料是混凝土，由于混凝土建筑物結構的設計和其他特性，混凝土材料容易受到外界的影響，會導致建筑物結構出現裂縫，這些裂縫對建筑物的穩定性和安全性具有重大影響，甚至會影響到用戶的人身安全。因此，為了提高整個建筑物的安全性和質量水平，相關施工人員需要處理好這些裂縫問題，做好預防。為了充分保證對裂縫問題的有效控制，建筑工程設計和施工應從合理的設計、實際施工條件、所用地質環境和建筑材料等方面入手，做好預防與控制。

一、裂縫的類型

（一）塑性沉降裂縫

在實際情況下，建筑的鋼筋和模板等元素會影響混凝土骨料的沉降，造成塑性沉降裂縫。如果不按常規標準對模板進行綁扎施工，建筑結構中便可能會出現塑性沉積裂縫。塑性沉降裂縫是呈梭形，其中心較寬且兩端較窄，經常發生在結構的可變橫截面、梁板節點、梁柱節點和板肋節點處，裂縫深度通常達到鋼筋的表面。因此，應控制此類裂縫需要控制水灰比、砂率和坍落度不要太大，對于橫截面差異較大的組件，必須先澆注較深的部分，靜置1-1.5h 后，沉降會穩定下來，然后再澆筑頂部。

（二）塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫通常在施工過程中形成，在混凝土澆筑過程中，混凝土暴露在外，并受到高溫和強風等外部因素的影響，使混凝土材料更容易膨脹和收縮。當混凝土材料表現出塑性狀態時，混凝土中的水含量進一步減少，混凝土材料硬化，并且在建筑物表面上形成塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫是隨機分布的，彼此之間幾乎平行，且裂縫之間的距離最小為幾厘米，最大為幾十厘米，這些裂縫最初往往很淺，逐漸發展成貫通裂縫。預防措施包括嚴格控制混凝土的水膠比、水泥量和砂粉量，并且必須采取措施以確保高溫、強風和干燥天氣下的施工質量。

（三）溫度應力裂縫

溫度應力裂縫主要受溫度影響而產生，在實際的混凝土澆筑施工中，施工周期通常較長，在此施工期間，晝夜溫差和室內外溫差較大，混凝土結構表面的散熱迅速，可能會出現熱應力開裂問題。盡管這些裂縫看上去似乎不明顯，但是它們對建筑物的穩定性和安全性的實際影響依然需要引起重視。

二、建筑工程結構設計要點

（一）板柱節點構造

在框架結構設計上，通常位于板柱節點部位的樓板在抗剪承受力、抗沖擊能力等方面均較弱，倘若未能在柱體周圍板中合理設置鋼筋，易導致板柱節點傳遞不平衡彎矩，加大柱體周邊的附加剪應力。為解決此問題，需采用有托板的板柱節點，將托板根部厚度控制在柱縱筋直徑的16 倍左右，增強板柱節點的抗震性能與抵御風荷載的能力。同時，還可以在柱上板帶中設置暗梁，用于提高板柱節點構造的穩定性。

（二）結構穩定性驗算

當前主要采用SATWE 軟件進行梁柱結構的計算，判斷框架結構的實際受力狀態，為建筑結構的質量與安全提供保障。依據該工程項目的各項技術參數，計算得出樓層層間最大位移比為1/1972，未超過相關規范中1/800 的標準；結合剪重比、等效質量系數計算結果可知，該建筑在X、Y 兩個方向上的最小剪重比均>1.6%、等效質量系數均>90%，符合規范要求。

三、建筑工程結構設計中裂縫問題的防范措施

（一）結構的整體剛度控制

增強鋼筋混凝土結構整體剛度控制有利于提高整個結構的穩定性，提高各構件的抗裂性與承載力，從而減少或避免裂縫的發生。而加強建筑形體以及構件規則性控制則有利于提升結構整體的變形協調能力，最終達到減少或避免混凝土裂縫的目的。在建筑結構設計時，一方面要考慮建筑的功能要求，另一方面還需考慮建筑結構的抗裂要求。要能根據具體要求設置剪力墻、適當增加結構支撐或是對局部構件面積進行調整，通過這些增強與鞏固措施提升整體的設計與施工效果，有效防范混凝土裂縫的出現。

（二）加強力學裂縫控制

當前，常見的力學裂縫控制措施有填充法以及表面處理法。填充法就是指當混凝土結構出現寬度、面積較大的裂縫時，選擇合適的填充材料對其進行填充處理，通過填充消除裂縫，確保整個建筑的安全穩定。表面處理法是指當混凝土結構中出現面積、寬度較小的裂縫時，可通過對表面的抹平處理來達到消除混凝土裂縫的目的。此外，如果混凝土結構中出現危害性較小的裂縫，如非膨脹性裂紋、沒有引發漏水現象，裂紋深度較淺，此時就可應用涂片法消除裂縫，確保建筑內外部品質良好。

（三）有效改善建筑工程結構設計

通過不斷改良建筑物的設計，可以顯著降低混凝土產生裂縫的概率。例如，設計人員在考慮結構設計的時候可以選擇中低強度的混凝土材料，也可以在承臺表面增加鋼筋的使用量；針對溫度變化所形成的裂縫，在實際操作中，可以通過采用永久式的伸縮方式來避免因溫度變化而形成裂縫。總而言之，相關人員需提前總結會導致混凝土出現裂紋的具體因素，并做好預先準備工作，讓設計更加完美。

（四）做好預應力結構設計

在設計預應力結構時，需要對建筑物的幾何尺寸、預應力鋼筋的數量以及預應力結構的抗裂性進行綜合分析。通常在設計中使用梁長度的1/15，根據現有的設計和施工技術水平，通常使用1/18～1/20，不僅可以減少鋼筋數量，也可以減少建筑物本身的結構重量，但是必須根據相關規范和要求嚴格控制建筑結構的長度。如果建筑物的結構超出相關法律法規規定的限制，則需要在地下設置后澆筑區，并在地面上設置膨脹加強帶。

四、結語

在當前我國建筑行業的發展過程中，建筑結構設計的合理性能夠有效地避免各種裂縫問題的發生，提高工程的整體質量以及安全性，實現我國建筑工程使用功能的發揮。