建筑結構設計出現裂縫的原因及對策探析

康利慧

摘要：建筑工程結構設計能夠直接影響建筑使用安全，做好結構設計是指導施工的重要前提。而在設計過程中裂縫問題較為常見，其會對建筑建設質量產生嚴重的影響。因此，本文對建筑結構設計環節裂縫問題出現的原因進行了分析，提出了解決對策，以具體工程案探討結構設計的優化路徑，期待為同類項目建設提供參考。

關鍵詞：建筑? 結構設計 裂縫原因? 解決對策

Causes and Countermeasures of Cracks in Building Structure Design

KANG Lihui

（Hebei Vali Electric Power Design Co.， Ltd.， Shijiazhuang， Hebei Province， 050400 China）

Abstract： The structural design of architectural engineering can directly affect the safety of building use， and good structural design is an important prerequisite for guiding construction. Cracks are more common in the design process， which will have a serious impact on the quality of building construction. Therefore， this paper analyzes the reasons for the occurrence of cracks in the design of building structures， puts forward countermeasures， discusses the optimization path of structural design with specific engineering cases， and looks forward to providing reference for the construction of similar projects.

Key Words： Architecture; Structural design; Causes of cracks; Countermeasures

在建筑工程建設階段，結構設計十分關鍵。因為建筑結構復雜，設計過程涉及的內容相對較多，如果設計存在質量問題，就有可能造成建筑裂縫的出現，不但威脅施工人員的安全，而且還會影響建筑后期的使用。所以，相關人員應從結構設計裂縫出現的原因入手分析，探索結構設計優化路徑，改善結構設計質量，解決建筑裂縫問題，為建筑工程效益的提升奠定基礎。

1? 建筑結構設計裂縫問題原因分析

1.1? 溫度應力因素

建筑結構出現裂縫，溫度應力屬于關鍵影響因素之一。因為建筑施工環節如果環境溫度出現變化，就會導致結構內外之間產生溫度差，建筑自身應力增加。如果建筑體型龐大，構件結構較大，在施工階段，大多選擇混凝土材料，水泥水化會產生熱量，結構溫度升高，受到溫度變化影響，也會導致混凝土結構受到應力不均勻，進而出現裂縫問題。除此之外，混凝土、磚砌體二者之間膨脹系數不同，如果溫度差異過高，就會導致建筑結構出現裂縫^[1]。

1.2? 荷載因素影響

當前，部分建筑都是鋼筋混凝土結構，由于建筑本身重量造成的荷載，也有可能產生結構裂縫。根據建筑設計結構設計標準，我國大部分建筑設計過程中，混凝土強度設定相對較高，結構荷載大，因此可能由于結構荷載問題，導致裂縫出現。

1.3? 貫穿裂縫因素

如果建筑結構出現變形，混凝土結構就可能產生貫穿裂縫。因為水泥水化以后會產生高溫，在結構塑形階段溫度逐漸升高，彈性模量低。應力相對較小，發生變形的可能性也相對較低。但是當混凝土結構的溫度下降時，就會出現變形問題。與此同時，混凝土體積也有可能受到水分蒸發因素的影響而收縮，受到地基、結構空間多種因素影響，建筑結構整體應力發生變化，如果應力值超出建筑承受范圍，就會出現貫穿裂縫，因此需要通過地質勘察，根據勘察結果，展開方案的設計。

1.4? 地基沉降因素

在建筑結構當中，地基是基礎下層結構，直接承受建筑上方荷載，在建筑結構設計過程中，保證地基的穩固是上層建筑結構穩定的重要前提。如果地基出現沉降，極易造成裂縫問題。部分建筑在完工以后，地基出現大幅度沉降，或者經過長期使用，基礎出現不均勻沉降，若沉降量超過建筑結構承受限度，即可導致結構被破壞，最終出現裂縫，難以正常使用。所以，在結構設計方面應該做好地基結構設計，預防沉降問題發生。

2? 建筑結構設計裂縫問題

2.1? 溫度裂縫的控制

針對溫度因素導致的建筑結構裂縫問題，設計人員可采取如下幾方面控制措施。第一，對于施工過程進行全面監督，重點管理容易出現裂縫的結構，保證設計科學合理。與此同時，還需要對施工材料、施工內容進行全面控制，按照建筑施工需求，對于保溫材料進行合理選擇，防止建筑結構的內外溫差過大，產生結構裂縫。第二，在施工階段，考慮到混凝土凝固所需時間相對較長，所以混凝土工程施工可選用低水化類型的水泥，按照施工現場實際溫度，拌制混凝土材料，預防材料問題導致的結構裂縫。第三，如果結構已經出現裂縫，需要施工人員及時處理，利用補強法對混凝土裂縫進行處理，節約成本，保證施工進度。除此之外，還需要對現場及時勘察，制訂施工計劃，保證建筑結構的安全性。

2.2? 預防荷載裂縫

針對后載問題導致的建筑結構裂縫，為了規避此情況發生，需要在建筑頂層設計保溫層，還可設計隔熱層，避免建筑內外墻體之間溫差過大，出現溫度裂縫。建筑設計同樣如此，設計方案當中應該明確結構的隔熱和保溫方面的需求。同時，在建筑墻體之間可借助伸縮縫設計，防止墻體結構伸縮對于整體結構造成影響。在建筑施工階段，可合理使用模板，為了提高模板周轉效率，可在處于特定荷載力環境之下時拆除模板，這樣能夠及時發現裂縫。要規范施工流程，保證建筑結構能夠具備充足的支撐力，以降低結構裂縫出現的概率。

2.3? 嚴控設計質量關卡

建筑結構設計質量是裂縫問題控制的核心所在，因此，設計人員應該嚴格把控結構設計關卡，具體可從如下幾方面入手。

第一，確保建筑結構的尺寸設計合理。建筑設計階段，設計人員需要深入現場，采集相關數據，通過實地考察，保證設計內容和真實情況相符。特別是在建筑受力結構的設計方面，應該嚴格按照整體性原則，不斷提高結構受力的科學性。需要設計人員對于建筑結構的受力原理展開分析，保證結構受力圖、受力分析內容的一致性。無論是建筑內部結構設計，還是外部結構設計，都應該保證剛度穩定。比如：要設計辦公樓，層數20層，在結構設計方面，應該考慮結構對于變形問題的適應能力，解決受力不足問題，以降低結構裂縫出現的概率，防止建筑構件受到外力干擾，整體能夠保證平衡狀態，預防因受力不平衡而出現裂縫問題。

第二，合理設計預應力結構。預應力結構的設計需要考慮多方因素，包括建筑幾何結構、鋼筋材料使用和預應力特點等。通常按照梁長1/15來設計，部分設計人員為了節約成本，還可能選擇梁長1/18，這種結構設計方式能夠減輕建筑自重。建筑物平面結構設計應盡可能選擇規則設計方式，規避不規則凹凸口的出現，如果不可避免地出現了凹凸口，還可在該結構邊緣設置拉梁或者增加周圍樓板厚度，提高配筋率等，提高結構的平穩性。在結構設計階段，應該嚴格按照建筑規范和實際情況，對建筑結構整體長度進行把控，注意不可超過規定值，避免出現設計缺陷。在建筑地下結構設計時，還可選擇后澆帶，注意其寬度應在2m之內，將后澆帶內部混凝土與外部混凝土分隔開來，在其中設置密孔鋼絲網，并選擇鋼筋固定周圍結構。在膨脹加強帶內設置15%的溫度筋，內部添加膨脹混凝土。如果建筑結構設計過程中房屋長度超過規定要求，可以在合適的位置設置變形縫，或者后澆帶、沉降縫等，能夠有效控制裂縫問題^[2]。

第三，合理設計混凝土結構，針對建筑容易出現裂縫的位置重點采取優化設計措施。具體而言，可利用加強件，提高鋼混結構強度，預防結構開裂。具體勘察階段，如果發現地基容易出現沉降問題，可對鋼筋進行合理設置，提高地基強度。針對混凝土澆筑施工，由于水泥的水化熱問題導致的脹縮裂縫，應該對混凝土配比進行優化設計，提高結構整體質量。

2.4? 控制地基沉降裂縫

針對基礎不均勻沉降問題導致的結構裂縫，需要設計人員通過如下措施進行處理。第一，建筑結構設計階段，應該對建筑沉降、凍土地基、窗間墻等結構進行全面分析，展開地質勘察，按照勘察數據，合理選擇設計方案。第二，建筑結構設計階段，設計人員應該確保結構整體合理，具有規則性，預防結構裂縫出現。第三，適當設計沉降縫，根據建筑抗震設計要求，布置圈梁，將地基強度有效提升，使建筑沉降處于可控范圍之內。第四，針對軟土地基，在結構設計方面，還可采取特殊措施進行加固，改善地基不均勻沉降的問題。

2.5? 控制選材和施工流程

建筑物設計階段，材料選擇質量把控十分重要，特別是混凝土材料，要保證材料質量。部分建筑需要利用大體積混凝土結構，此時可以選擇低水化熱礦渣水泥，對于泥漿粘稠度進行合理調配，提高混凝土抗拉性能。同時，還可向原材料當中添加防裂劑，盡可能使用抗裂性強、水熱化比低的材料，粉煤灰水泥就是一個良好的選擇。在骨料的選擇方面，應該控制其凈度和級配程度，對于活性骨料含泥量進行有效控制，減少細砂材料的用量。同時，設計人員還需根據建筑結構的設計要求，對于材料質量進行全面審核，如果材料和規范要求不符，或者和結構設計要求不符，應該及時更改，通過材料控制，預防結構裂縫。

施工階段中導致結構裂縫的影響因素相對較多，如氣溫、風速等環境問題都會影響建筑結構質量。如果環境溫度高，可設計分層澆筑工藝指導施工過程，預防高溫對于結構產生影響。此外，還可設計埋水管，通過物理降溫措施，確保混凝土結構的水分含量。設計階段還應該考慮到鋼筋結構具體位置，要求混凝土澆筑不可對鋼筋結構造成破壞，避免影響到建筑整體的穩定性。如果涉及大體積混凝土施工，還需要對混凝土梁、混凝土板澆筑強度進行整體把控，選擇同等強度的混凝土澆筑梁、柱等結構^[3]。

3? 工程實例

3.1? 工程概況

本項目為高層寫字樓建筑，建筑長度76m，寬度28m，地上結構19層，地下結構2層，地上結構為鋼混框剪結構，主體使用商品混凝土，樓面利用現澆工藝施工，結構存在轉換層。在施工階段，發現軸梁位置有裂縫出現，經過現場調查，建筑梁跨度在9.9m，分析結構裂縫發生原因，找到解決措施十分必要。

3.2? 結構裂縫成因

根據工程情況展開分析，混凝土施工階段，材料硬化會導致體積變小，養護工作不合理，可能導致轉換層結構穩定性受到影響。加上混凝土水分蒸發，形成濕度差，受到多種應力作用，出現裂縫。除此之外，原材料含砂量過大，也有可能造成結構裂縫。

3.3? 結構優化設計

針對本工程裂縫問題，在設計方面可以采取如下措施解決。

第一，在施工方案的設計方面，結合工程實際施工情況，應該對混凝土澆筑方案進行優化設計，利用熱工計算，合理設定混凝土入模溫度，按照高層建筑混凝土結構設計規程，設計轉換梁最低高度、寬度，保證框架梁寬度低于框架柱，不可高于40cm。要確保建筑結構整體穩定，轉換層施工的混凝土強度應該超過C30。對于非抗震結構設計，需保證最低配筋率在0.3%。

第二，在混凝土澆筑施工方法的設計方面，針對大規模混凝土的澆筑，應該明確施工標準，根據工程具體要求，選擇全面分層澆筑方式。結合實際施工，完成具體層次劃分。當下層混凝土進入到初凝階段，才能展開第二層的結構澆筑，并且遵循澆筑規律展開后續施工。在分層階段，還需要分塊進行，這種澆筑工藝非常適合應用于大面積混凝土澆筑工程當中，先澆筑底層，之后逐漸向上層推進。除此之外，斜面分層也是常用技術，此技術應用分層厚度設計靈活。施工人員可以按照振搗裝置的振動力大小，對于分層進行合理設計^[4]。

第三，對于結構養護，早期混凝土施工結束以后，需要科學利用養護措施，才能延長結構使用壽命，保證結構質量。本項目混凝土澆筑以后12h之內，可采取覆蓋養護或者灑水養護的技術措施，還可選擇保溫養護或者降溫養護等多種措施。如果選擇保溫養護，可利用塑料薄膜完成養護過程;如果選擇降溫養護，可向結構表面噴水。養護的目的是預防混凝土結構水分蒸發過快，導致結構出現開裂問題，還能降低結構內外溫度差，預防溫度裂縫。

第四，該項目建設涉及轉換梁工，因為施工過程需要使用較多原材料，因此，設計階段就需對原材料質量進行全面控制，水泥含量在拌合物當中占據15%，因為水泥用量和混凝土結構溫度聯系緊密，所以可選擇減少水泥用量，降低水化反應高溫問題。而且，還可適當利用外加劑，對于混凝土溫度進行調節，但是外加劑的使用對于施工人員技術水平要求較高，所以設計階段應該考慮人員技術問題。除此之外，骨料質量的控制也極為重要，混凝土當中骨料含量超過70%，注意骨料溫度、含水率、含砂率等因素，合理選材，才能控制結構設計質量^[5-6]。

4? 結語

綜上分析，建筑結構設計方面，應該綜合考量多方因素，為保證混凝土結構裂縫問題得到解決，需要人員對于結構設計質量嚴格把控，結合裂縫問題出現的原因，精準制定解決對策，保證結構設計科學合理，嚴格監督施工過程，按照圖紙完成材料的選擇，應用合理的技術，特別是要做好混凝土工程的質量控制，解決結構裂縫問題，提高建筑品質。

參考文獻

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[5]閆鈺豐.地裂縫環境下城市地下綜合管廊結構性狀研究[D].西安：長安大學，2019.

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