建筑工程結構設計中裂縫控制研究

文／石佳佳 中國二十冶集團有限公司 上海 201900

引言：

裂縫作為建筑工程結構設計中出現頻率較高的危險性問題，嚴重影響建筑工程質量，甚至會造成建筑變形、塌陷，所以優化結構設計方案，做好裂縫控制和修補工作，是下一階段提升建筑質量的重要手段，也是促進建筑行業快速發展的重要舉措。結合專業人員對裂縫問題的研究結果來看，工程質量受到裂縫種類，特征的影響，而實際建設過程中引發裂縫的原因又非常多，且最終造成的危害程度也有所區別，所以后期建筑結構設計必須高度重視裂縫相關工作，降低裂縫發生概率，促進建設質量的提升。基于此，本文重點研究建筑結構設計和實際施工中的裂縫控制問題，希望為后期發展帶來幫助。

1、建筑結構裂縫類型

優化建筑結構，提升建筑質量，首先要了解建筑結構出現的不同裂縫類型。根據裂縫形成機理，將其分為兩個基本類型:首先是由于受到外部擴大載荷和壓力以及其他外力因素所影響而出現的裂縫問題。其次，由于結構形態改變所出現的裂縫，例如內部結構，溫度或者濕度改變導致結構收縮異常導致的裂縫。

2、建筑工程結構設計的裂縫特征及危害

2.1 特征分析

結合當前建筑工程的發展情況來看，建筑結構裂縫包括橫向裂縫，豎向裂縫等類型，但大部分裂縫表現為豎向結構，且裂縫長度和墻體高度基本保持吻合。常規情況下，裂縫中間位置的縫隙可能會更加寬闊，肉眼也可以觀測到裂縫位置，但是隨著裂縫的不斷延伸，無論是寬度還是裂縫，深度都會有所縮減，一般建筑工程裂縫寬度不會超過0.3mm，僅有少數較嚴重的裂縫問題，寬度可能會更大，當然這種寬度更大，深度更深的裂縫處理起來也更加困難。除此之外，研究結果顯示大多數的裂縫位置出現在墻體中間部分，墻體兩側部分也會有裂縫存在的可能性，但是實際工程中比較少見。分析發現，大多數裂縫的產生與溫度和外部應力集中有著密切聯系，建筑工程模板拆除后最容易發生裂縫問題主要是由于溫度變化明顯，內部結構可能會出現異常收縮。如果墻面或者墻體當中出現了嚴重裂縫，但未得到及時處理，那么裂縫會不斷延伸，數量有所增加，但裂縫寬度改變的可能不大。由于實際建設過程中建筑墻面出現的裂縫問題比較復雜，且變化形式同樣，所以更加要重視結構設計方面對建筑裂縫的控制，尤其是結合實際施工工程提出針對性的解決方案，盡快解決建筑施工裂縫問題，提升建筑施工質量。

2.2 危害分析

裂縫的出現嚴重影響建筑工程質量，具體表現在以下四個方面:（1）對建筑整體強度的影響。研究發現大多數的建筑工程裂縫問題出現在墻體表面，如果裂縫出現后，長時間內未得到修補或者整改，那么有可能會造成內部鋼筋裸露，削弱建筑整體強度。具體來講，墻面裂縫的出現會導致內部鋼筋暴露，受到雨水暴曬等天氣因素影響，鋼筋質量嚴重下降，整體結構的建筑強度受到影響，同時會導致裂縫問題進一步加劇，而裂縫問題越來越嚴重，又會影響鋼筋性能，形成惡性循環。（2）破壞建筑結構。建筑裂縫一般不會隨著時間增長而出現寬度變大的問題，但是裂縫數量就會不斷增多，且長度會不斷延伸，尤其是大規模豎向裂縫會朝著不同方向移動，導致工程結構變形，影響建筑外墻質量。正常工程施工之前都會有設計師完成前期結構規劃工作，確保建筑結構具有穩定性和安全性，但裂縫的大規模出現會導致受力結構變化，影響整體結構質量，嚴重時甚至會威脅居民的生命財產安全。（3）降低建筑工程的抗剪承載力。一旦建筑工程出現裂縫，無論裂縫出現在哪種位置或者裂縫尺寸大小，都會導致整體結構抗承載能力的下降，主要是由于裂縫影響抗剪性能的支撐面積。（4）其他類型危害。裂縫的出現除了對建筑工程質量帶來不良影響外，還會導致許多不便，具體表現在居住體驗方面。例如，裂縫問題的出現將會導致漏水，滲水問題的嚴重化，尤其是建筑天臺裂縫的出現大大提升了頂樓居民住房漏水問題發生的概率。同時，裂縫出現影響建筑外觀美觀性。居民生活水平的日益提升促使民眾的審美意識不斷增強，與前期發展過程中僅追求建筑質量相比現代化居民對建筑的美觀性也提出了較高標準，裂縫的出現會破壞原本的造型結構，影響美觀程度。總結來看，建筑裂縫的出現將會帶來許多不利影響，所以做好結構設計優化和裂縫控制工作具有重要性。

3、導致建筑工程結構裂縫的主要因素

3.1 塑性變形

隨著建筑工程不斷發展，各種新型建筑材料建設施工中的應用也越來越頻繁，混凝土結構作為建筑施工的主體材料出現塑性變形的概率高，容易導致裂縫問題。分析發現大多數塑性變形問題出現在混凝土終凝階段，主要是由于這個階段剛剛完成混凝土澆筑工作，整體結構強度較小，受外界因素影響，更容易出現水分流失，尤其是遇到高溫因素或者大風因素，表層水分流失速度更快，混凝土體積會出現明顯收縮，從而導致裂縫問題發生。

3.2 剛度差異

科學技術的不斷發展，促進建筑材料類型的多樣化和建筑施工工藝的多樣化，在現代化建筑工程發展當中，各種新型施工技術和工藝的應用代替了傳統的預制多孔板，優點是提升建筑物的承載能力，確保整體結構設計強度符合建設標準，連續性較好。但現澆樓板相對于傳統施工工藝來講剛度更大，所以可能會出現既有墻體剛度下降，從而導致部分位置出現剛度突變，形成應力集中區域，導致裂縫問題發生。

3.3 溫度應力

溫度應力是導致建筑結構出現裂縫的最主要原因之一。實際建設過程中，混凝土材料自身容易受到溫度因素的影響，出現不正常收縮，可能會出現混凝土變小，裂縫等等問題。除此之外，混凝土澆筑完成后，內部水泥水化熱的溫度很難完全迅速揮發，所以相對來說，內溫度與外部溫度可能存在較大溫差，導致表面拉應力，內部壓應力的出現，從而造成裂縫問題。最后，混凝土澆筑時間短或者振搗不足，也會在溫度應力的影響下形成溫度裂縫。

3.4 荷載因素

載荷因素是造成建筑結構裂縫產生的重要原因。常規情況下，混凝土澆筑和建筑結構施工工作有一定的施工周期，且在正式施工之前會有技術人員提供完善合理的施工養護方案，但實際施工過程中受到多種原因影響，混凝土質量會不可避免的出現下滑，這種情況下一旦發生外部載荷集中或者載荷數值升高就有可能導致裂縫出現。結構設計人員對整個建筑結構所能承載的外部載荷有明確的數值規定，但實際使用過程中，很有可能出現載荷力數值略高于建筑本身承載能力的現象，所以為了減少這一情況發生的概率，設計人員會選用高強度材料，提升建筑結構的整體強度，并選擇本身具有耐腐蝕和耐高溫的材料，避免外部空氣濕度所帶來的不良影響，從而提升建筑使用壽命。

3.5 施工質量因素

施工質量因素是建筑施工過程中不可避免的會導致裂縫發生的最主要因素，不僅與整個建筑的穩定性和安全性有直接關聯，而且也會影響建筑經濟效益和社會效益。結合實際建筑施工來看，導致建筑施工質量出現問題的原因非常多樣，包括結構設計方案的合理性、建筑施工人員的專業素質和綜合素質、建筑施工材料優劣等等影響因素。設計單位和施工單位想要從根本上解決建筑施工質量問題、提升建筑施工質量、減少裂縫出現概率最主要的是要提升自身施工團隊的專業水平、選擇優質材料、提高建筑物抗裂能力。一旦建筑施工團隊并未完全遵循混凝土施工標準，完成配比工作和融合作業，就可能導致混凝土配比不合理，自身出現嚴重的干縮，這種問題的出現會大大提升建筑結構開裂問題發生的概率。除此之外，建筑鋼筋結構施工質量也會在一定程度上影響建筑施工質量和裂縫問題。正式施工作業之前，技術人員會進行地質考察和建筑環境考察，明確建筑高壓受力區域的具體情況，如果在檢查過程中發現鋼筋區域存在問題，那么會導致整個受壓區發生不正常波動，這種情況下，為了更好的完成保護工作，混凝土本身建設強度會有所提升，而這也會導致裂縫問題的發生，且所造成的不良后果更加嚴重。

4、建筑工程結構設計中的裂縫控制措施

4.1 溫度裂縫控制措施

溫度裂縫的出現主要受到溫度應力的影響，所以在建筑結構設計的裂縫控制方面提出以下控制措施:（1）做好合理的溫度控制工作，尤其要重視保溫層施工工作。現代化建筑施工均包括保溫層施工，但由于此項技術發展并不成熟，所以在實際施工過程中不免受到多種因素影響，因此更加需要技術人員結合實際施工情況，合理安排保溫層施工工作。保溫層施工中間會存在間隔，為了避免間隔位置裂縫問題的出現，施工單位應該結合天氣因素，選擇溫度更加合理的季節進行施工，盡量避開溫差較大的環境。另外，相對惡劣的天氣環境下進行施工更要注重溫度控制，炎熱天氣可通過冷水管、碎石冷卻降低澆筑溫度等方式減少內外部溫差；（2）做好結構設計，預留收縮縫。混凝土施工完成后本身會存在一定的收縮，留出合理空間可以提供自由收縮保障。也可以選擇填充彈性材料，提升溫差適應力的方式減少裂縫問題。（3）合理控制模板拆除時間。模板拆除階段，混凝土容易受到外界溫差變化的影響而出現裂縫，所以技術人員應根據天氣因素選擇合理的模板拆除方式和時間，低溫環境下應選擇保溫操作、高溫環境下可通過預埋冷水管的方式進行降溫。（4）改善相關約束條件。為了提升混凝土施工質量，確保抗裂性能，施工單位應提前做好施工安排，明確各施工區域的側重內容，避免過多的混凝土暴露問題，并在完成混凝土澆筑后進行保養。

4.2 沉降裂縫控制措施

對于工程結構設計出現的沉降裂縫問題，通過以下措施進行控制:（1）確保沉降縫的合理性。以現階段的工程技術施工水平來講，完全避免施工沉降現象是不可能的，所以確保沉降縫合理性就非常重要。對于實際建設過程中所遇到的不同形狀，不同載荷壓力的建筑地基要預留出不同的沉降縫，避免不同沉降問題的發生。另外，澆筑圈梁要避開沉降縫斷開處，而且要求技術人員做好相應的清潔工作，避免雜物和灰塵進入。（2）加強建筑結構剛度和抗剪強度。對于建筑施工工程來講，想要提升建筑施工質量，減少裂縫問題發生的概率，首先要重視結構強度和穩定性的提升，尤其是對于有可能發生沉降不均勻的區域進行結構調整，做好圈梁安裝，尤其是地面和樓層門窗處。另外，合理控制澆水頻率，確保灰縫內的砂漿飽和度符合建筑施工標準，從而提升整個墻體的抗剪性能，降低裂縫發生頻率。（3）做好地質環境和水文環境勘察工作。隨著建筑施工規模的不斷擴大，越來越多的建筑工程施工地基環境呈現了更加復雜的形勢，對于這些地基來講，地質環境的勘察工作尤為重要，技術人員應在地質勘察后進行書面報告并標記較軟弱的地基位置進行加固處理，確保建筑物的承載能力符合建筑施工標準。

4.3 干縮裂縫控制措施

對于干縮裂縫來講，提出以下控制措施:（1）選擇收縮力較弱的水泥產品，在不影響混凝土質量的前提下減少水泥用量。水灰比是否合理是后續建筑結構是否會出現干縮問題的主要影響因素，分析實際情況發現施工所使用的水灰比較大，發生干縮的概率也會有所提升，因此建議在進行混凝土比例調配時減少水泥用量，并適量添加減水劑。（2）做好和施工人員培訓，提升工作人員的專業水平，幫助施工人員充分認識混凝土攪拌時用水量與實際配比工作的關系。按照標準來講，混凝土攪拌的實際用水量應略小于配合比的給定用水量。另外，混凝土攪拌時可加入一定量的緩凝劑，從而降低澆筑速度，便于混凝土水化熱的快速散發。需要注意的是，混凝土施工完成后，要進行長期的養護工作，如果處于冬季施工階段，則要通過覆蓋保溫層的方式延長保溫時間；夏季施工階段則要通過加入冷水或者安裝這樣設備的方式降低攪拌和澆筑溫度，并且在澆筑完成后，多次進行灑水養護。

4.4 鋼筋裂縫控制措施

造成建筑結構裂縫問題的原因非常多，但是對于材料本身性能所造成的裂縫問題往往更難解決，所以為了確保鋼筋腐蝕問題所導致的裂縫問題能夠有效解決，應提升混凝土的抗裂性能，例如在鋼筋混凝土當中添加適量的鋼纖維，提升混凝土抗拉性能，降低負載力等方式。但是需要注意的是，鋼纖維的使用必須按照施工規范進行。另外考慮到實際建設施工當中所使用的建筑材料類型非常多樣，而不同材料的變形也存在差異，所以提升建筑結構設計合理性綜合進行應力控制分析，有利于減少裂縫問題發生。

5、建筑工程結構設計中的裂縫處理方法

5.1 修補法

對于已經出現的裂縫問題要及時處理，避免后續危害擴大，修補法作為建筑裂縫常用的處理方法，應用頻率較高。修補法對于正常的建筑結構裂縫具有較好的修補效果，同時能夠進行一定的防護，具體修補時使用泥漿，油漆或者瀝青等材料在裂縫表面進行涂抹，難度系數并不高，且實際施工也比較快捷。

5.2 封堵法

封堵法在建筑結構使用頻率也相對較高，但是這種方法更適用于已經影響正常結構使用的裂縫問題。根據施工方法的不同，可以分為灌漿法和嵌縫法兩種。灌漿法更適合用于對建筑結構防水性要求較高的裂縫，技術人員通過高壓裝置將材料灌入裂縫，等待一段時間后，材料會出現硬化，然后與混凝土相融合，從而解決裂縫問題。目前較常用的灌縫材料包括水泥漿和聚氨酯。嵌縫法沿著建筑裂縫將塑性材料嵌入裂縫當中，經常使用橡膠作為堵縫材料。

5.3 置換法

雖然隨著建設技術的不斷發展，實際工程中所應用的高新技術以及材料類型越來越多，但是目前我國大多數建筑結構仍然以混凝土結構為主，主要是由于混凝土結構具有較好的強度，硬度，且施工成本并不高。需要注意的是，混凝土結構雖然有多種優勢，但是也是最容易出現裂縫的一種結構，如果后期混凝土質量檢測過程中發現混凝土本身存在嚴重的損壞或者性能下降的問題，可通過置換法進行抗裂性能提升。置換法主要是通過更換或者去除質量不佳的混凝土材料重新進行材料添加的一種裂縫處理方法，常用的材料包括水泥砂漿和混凝土。但是相對其他方案來講，置換法成本高。

結語：

綜上所述，本文分析建筑結構裂縫類型，了解裂縫特征和裂縫所帶來的不利影響，分析導致裂縫的主要原因，并提出整改措施，要求技術人員應按照實際建設施工的需求，結合建筑裂縫的類型和特征，提出針對性的解決措施，提升建筑結構穩定性。同時，本文提出修補法，封堵法，置換法等多種裂縫處理方法，有利于后續建筑團隊提升建筑工程的施工質量，促進建筑行業的快速發展。