建筑結構設計裂縫成因及控制措施探析

文飛

（太原供水設計研究院有限公司，山西太原 030009）

隨著我國建筑業的加速發展，人們更多地關注建筑物質量，混凝土作為建設項目施工期間必需的材料之一，已廣泛用于建筑領域，但部分部門缺乏對混凝土的深入研究，導致項目施工和調試過程中混凝土經常發生凝結和裂縫。經研究實驗發現，混凝土結構裂縫與材料本身的屬性和結構機理有關，因此，為了滿足建筑物的使用和結構要求，加強對混凝土的結構設計，對控制混凝土結構裂縫的產生具有重要現實意義。

1 裂縫的類型

混凝土裂縫可分為塑性沉降裂縫，塑性收縮裂縫和熱應力裂縫。塑性沉降裂縫是“中間寬而兩側窄”，它們中大多數都出現在建筑物的可變橫截面位置，梁與平板的交點以及梁與柱的交點處。通常，裂紋深度可以達到鋼筋的表面。通過合理控制水灰比、砂比和坍落度可以減少或防止這種裂縫發生，對于某些橫截面較大的組件，須從相對較深的位置澆注，然后靜置1～1.5h，以控制保護層的厚度。塑性收縮裂紋大多數是由于施工不當引起的，以多邊形方式存在，裂縫之間最小距離是幾厘米，最大距離是十多厘米，初期表現的是一種裂縫紋路，隨著裂縫的逐漸增加，不斷成為一種持久性裂紋，可以通過調整混凝土比例和水泥用量等對其進行控制，確保施工質量符合要求。熱應力裂紋主要是由溫度影響，如果溫差拉應力大于混凝土本身拉應力的強度，就會出現溫度應力裂紋，對于這種裂縫，從表面上看并不明顯，但對建筑物的功能有很大影響。

2 裂縫對建筑的影響

結構性裂紋的出現對建筑物使用和耐久性具有重大影響，如果缺乏科學合理的處理方法，則裂紋會隨著時間的推移而加劇。裂縫對建筑的影響主要是結構外壁以及底部和頂部平板的裂縫，導致建筑物中出現滲水和漏水，這種內部積水會加速墻壁損壞，對建筑物正常使用和維護有很大影響。對耐久性的影響是，如果混凝土應用期間出現結構裂紋，特別是在與水和土壤直接接觸的表面上出現裂縫，混凝土中鋼筋將被腐蝕，鋼筋與混凝土之間的粘結力降低，鋼筋橫截面減小，這將降低鋼筋混凝土本身使用壽命[1]。結構性裂縫會隨著時間而發展，尤其對于滲透和深層裂縫，將對結構的整體剛度以及抗剪強度產生重大影響，且由于出現裂紋，整個結構經常會產生應力重新分布，原始設計結構發生變化，使結構力及安全性下降。

3 裂縫成因分析

3.1 干縮裂縫

建筑結構設計出現的裂縫主要是干縮裂縫。混凝土在使用粘土燒結磚模式時，混凝土的材料收縮和變形量相對較小，需要極短時間就可以確保混凝土成型。但是當使用粉煤灰磚進行建造時，由于后期水分含量會越來越少，因此就會導致材料出現更大的收縮。混凝土澆筑期間應注意做好混凝土的維護，如果維護不到位很容易出現表面濕氣耗散過快的情況，從而導致塑性收縮裂縫出現。

3.2 溫度裂縫

溫度也會影響混凝土材料，隨著溫度的變化，混凝土材料可能會在熱力作用下出現熱膨脹變形，甚至會導致房屋頂部出現溫度裂縫。另外，在溫度影響下建筑物門窗附近的混凝土容易出現正交的傾斜裂縫，井眼邊緣區域很容易產生灰燼裂縫，且拐角處極易出現水平裂縫。當屋頂溫度超過墻壁溫度時，就會出現混凝土裂縫，導致墻體和屋頂溫度變形之間存在較大差異，從而導致嚴重的裂縫。

3.3 不均勻沉降

混凝土結構一旦出現不均勻沉降，就會出現裂縫，混凝土結構裂縫與施工技術息息相關，因此，在施工期間應該注意對混凝土裂縫發生原因的分析，最好在施工步驟中細化混凝土的建造，并采取合理的預防措施，對出現的混凝土裂縫進行及時補救。當工程建筑完工后，也可能會受到例如地下水的影響，混凝土結構會發生一定程度的沉降，如果沉降不均勻就會導致裂縫，故在初步勘測和設計階段，應加強地基的不均勻沉降控制，做好上部結構的設計，以提高設計方案質量[2]。

4 建筑結構裂縫的控制措施

4.1 混凝土材料的管控

建筑工程施工期間，首先應加強對混凝土建筑材料質量的合理控制，以便可以保證混凝土施工質量達到要求，避免混凝土澆筑中發生相應質量問題，因為混凝土建筑材料本身比較復雜，所以有必要在原材料質量控制中加強對原材料的合理審查，確保混凝土結構能夠達到理想條件，有效防止混凝土施工質量問題的出現。其次，應該根據不同的工作環境選擇不同產品，水合熱量低的礦渣水泥優先選用于混合混凝土，加強對混凝土級配的控制，使原始材料參與混凝土施工。除了石頭和水泥組成之外，有時還會滲入石粉和粉煤灰等，以增加混凝土的可使用性。最后應對配置好的混凝土進行機械實驗，在控制混凝土建筑材料過程中，不同的建筑材料對添加劑比例有非常嚴格的要求，因此，應保證混凝土施工建筑材料的質量可以達到預期效果，滿足建設工程混凝土施工的基本要求。

4.2 結構的平面布置

與建筑結構設計相比，在進行建筑工程結構平面布置期間應確保布置符合要求，以免實際布局突然發生變化，如果結構平面上有凹凸，則須將其與項目實際施工狀況進行比較，在區域邊緣設置拉力梁以及周圍樓板以進一步固定。另外，應根據相關規定控制和管理結構的長度，如果結構長度符合相關要求，則必須在地下進行后澆帶、膨脹帶和加固帶的合理設置，防止平面布局形狀的突然變化，如果結構平面出現缺口，則應根據實際情況在缺口邊緣設置拉力。在加工缺口過程中，建設工程的結構也應按照相應規章制度和工程建設要求進行調整，澆筑后澆帶主要設置距離在梁和地板之間跨度的1/3 處，后澆帶寬度應控制在800～1000mm 范圍內，如有必要可使用預應力技術。

4.3 配筋設計

建筑結構裂縫控制必須注意對大跨度梁和平板的控制，屋頂板的加固最好采用雙層雙向通長配筋加固，這樣可以科學合理地減少部件裂紋，加固設計和間距結構設置應根據要求進行，這樣可以合理控制結構裂縫。在自然條件下，混凝土復合材料主要包括水泥，水，沙子和礫石等物質，隨著物理和化學作用不斷影響，它們的成分逐漸硬化，從而形成多孔復合材料，由于初始溫度是其自身的收縮應力，因此內部外觀上有許多微裂紋[3]。與混凝土相比，鋼筋加固后的混凝土不會產生裂紋，可以在短時間內控制裂縫寬度，所以，鋼筋在混凝土結構中的作用非常大，合理地對鋼筋進行應用，可以有效限制裂紋的擴展。

4.4 對混凝土的澆筑施工技術進行控制

對混凝土的澆筑施工控制就是在建造混凝土時，必須先振動較弱的區域，分層澆注厚度不能太大，應將其控制在小于50cm，因為厚度較小，內部溫度可以及時冷卻，所以在一定程度上，應確保每一層溫度都可以保持均勻特性。另外，在項目建設中從兩側到中間進行施工，可以使混凝土密度在一定程度上得到合理控制，從而實現混凝土澆筑工程的合理管理，但是，在倒入之前有必要對混凝土表面溫度進行合理檢測，以防止發生凝結現象，在土壤表面溫度升高的影響下，混凝土會出現開裂。因此，在實際澆注時，需要對標準高度和尺寸做出設計，以確保滿足施工要求，并按照建設工程要求，加強對建設項目施工中雜物的及時清理工作[4]。

4.5 溫度裂縫的預防控制措施

在水泥實際水化過程中，由于大量熱量的損失，內部零件凝結熱量也將增加，并且該熱量在混凝土結構中起主要作用。水泥的實際使用可以用于土木工程施工，以防止混凝土內部溫度升高。在特殊情況下，其他相關材料可以用普通水泥代替，這可以證明水泥的應用能夠防止土壤內部溫度凝結。另外，即使將水泥混入混凝土中，也需要進行攪拌，以產生混合效果[5]。在實際土建工程混凝土注漿中，應該通過創造合理的條件，減少高溫環境下的運行時間。在大面積混凝土澆筑中，如果不結合溫度條件，就應該采取一種科學合理的方法進行冷卻，以確保混凝土在澆筑期間可以將溫度控制在相應范圍內。溫度裂縫的預防應該根據實際情況進行施工，這樣可以防止混凝土外觀出現結構膨脹和收縮。

5 結語

綜上所述，建筑業是中國主要經濟支柱產業，盡管在施工過程中出現許多裂縫現象，但仍需要確保混凝土工程施工可以滿足相應要求，結合實際情況采取科學合理的措施，將開裂現象及時有效地進行處理。同時，建筑施工在設計中，應該不斷提高設計的科學性和合理性，并通過檢查一些標準參數以取得較好效果，另外，應加強施工期間的管理工作，提高施工質量，有關施工單位應根據不同類型的裂縫采取相應預防措施，最大限度減少潛在安全隱患，保護人們的人身安全。