建筑結構設計中控制裂縫的策略研究

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A

文章編號：2096-6903（2025）08-0013-03

1建筑結構裂縫類型

1.1 塑性裂縫

塑性裂縫是指在建筑結構的塑性變形階段，由于外力作用或溫度變化引起的裂縫。這類裂縫通常出現在混凝土結構中，尤其是在施工過程中，混凝土尚未完全硬化時，塑性流動性較強的階段。當外部荷載或溫度急劇變化時，結構內部產生的應力超過了混凝土的塑性強度，便會引發裂縫。

1.2 原材料裂縫

原材料裂縫是指由于建筑材料本身的質量問題或在生產過程中出現缺陷，導致在使用過程中出現的裂縫。這類裂縫通常源于水泥、鋼筋、混凝土等基本建筑材料的物理性能不合格，或原材料中的雜質、缺陷以及使用不當引起的結構問題。原材料裂縫不僅會影響建筑結構的耐久性，還可能在較長時間內對其安全性造成威脅。

1.3結構裂縫

結構裂縫是指建筑物主體結構在受力作用下，由于設計、施工或使用過程中的不當操作或負荷超載等原因，導致結構本身發生裂縫的現象。此類裂縫通常具有較為復雜的成因，既與結構設計不合理有關，也與施工過程中存在的問題密切相關。結構裂縫的產生不僅會影響建筑物的外觀，還可能影響其整體的安全性和穩定性，甚至引發更為嚴重的結構問題。

2建筑結構裂縫影響因素

2.1 設計因素

建筑結構裂縫的產生通常與設計階段的決策密切相關。設計因素是裂縫形成的根本原因之一，主要涉及設計人員對荷載分配、結構形式、材料選擇、施工條件等方面的考量不足。

首先，設計荷載的計算和假設不當是引發建筑結構裂縫的重要因素。如果設計人員在進行荷載計算時，未充分考慮建筑物所可能承受的實際荷載，或者采用了過于樂觀的荷載假設，就可能導致建筑結構在實際使用過程中出現裂縫。例如，部分建筑物在設計時通常基于標準荷載或假設荷載進行計算，但荷載并不能完全代表建筑實際使用中可能遇到的復雜情況，如突發荷載、溫度變化、震動等。如果未能考慮到此因素，就容易出現局部超載，從而誘發裂縫。

其次，結構體系的選擇和構件設計不當也是導致裂縫的重要因素之一。在建筑設計中，不同的結構體系對裂縫的敏感度不同。例如，框架結構、剪力墻結構、鋼筋混凝土結構等，其抗裂能力和變形性能差異較大。如果設計人員未能根據建筑物的功能需求、使用環境、荷載要求等因素合理選擇結構體系，就可能導致設計不合理，造成某些部位應力集中，進而形成裂縫[1]。

最后，設計中的溫度應力考慮不足也是裂縫的一個常見原因。在混凝土結構中，溫度變化會引起混凝土的膨脹或收縮，尤其在大體積混凝土施工中，溫差應力可能會導致裂縫的出現。若設計中未考慮到溫度效應，或者沒有合理配置溫度縫、膨脹縫等防止溫度應力積聚的措施，也容易導致應力過大，從而引發裂縫。

2.2 施工因素

施工過程中的不當操作和管理缺陷是導致建筑結構裂縫的另一個主要原因。施工因素直接影響著結構的質量和穩定性，尤其在混凝土澆筑、鋼筋綁扎、施工環境控制等方面，任何疏忽或偏差都可能引發裂縫的產生。

第一，混凝土澆筑質量不達標是導致施工階段裂縫的常見原因。在混凝土澆筑過程中，若施工人員未按要求進行均勻振搗，混凝土內部可能會出現空隙或氣泡，缺陷會極大降低混凝土的整體強度，并為裂縫的形成提供條件。此外，混凝土的澆筑速度過快或過慢、分層過厚、溫度控制不當等問題，也會引起裂縫。特別是在大體積混凝土施工中，由于澆筑過程中溫度的不均勻，混凝土的膨脹和收縮會加劇，從而引發裂縫。

第二，鋼筋綁扎不規范也是施工中引發裂縫的重要因素之一。鋼筋作為混凝土結構的重要受力構件，其位置、間距和綁扎質量直接影響結構的強度和抗裂性能。如果鋼筋綁扎不當，如鋼筋位置偏移、綁扎不牢固、鋼筋銹蝕等，都可能導致混凝土與鋼筋的黏結力不足，從而影響整個結構的受力性能。特別是在承受較大荷載的部位，如梁柱連接節點，鋼筋綁扎不合格容易造成局部應力集中，最終導致裂縫的產生。

第三，施工環境的不當管理也會引發裂縫。溫度、濕度等環境因素在施工中起著重要作用，尤其在混凝土澆筑后的養護階段，溫度和濕度的變化會直接影響混凝土的硬化和收縮過程。如果混凝土未能在合適的溫濕度條件下進行養護，或者未能采取有效的防凍、防曬等措施，就可能導致混凝土表面干裂或內部產生溫度應力，最終導致裂縫的產生。

2.3 材料因素

材料因素是建筑結構裂縫產生的另一個重要原因。建筑材料的質量直接影響結構的強度、穩定性及耐久性，若使用不合格或不適當的材料，就可能導致結構在使用過程中出現裂縫。常見的與材料因素相關的裂縫問題包括水泥、鋼筋、混凝土以及其他輔助材料的不合格或不當使用。材料的特性，如收縮性、膨脹性、耐腐蝕性等，也可能在不同環境條件下產生不同的應力，從而誘發裂縫。

其一，水泥質量是影響混凝土強度和抗裂性能的關鍵因素之一。如果水泥的質量不達標，含有過多的雜質、礦物成分不合適，或水泥水化反應不完全，會影響混凝土的強度和致密性，導致裂縫的產生。尤其是低質量水泥在水化過程中釋放的熱量不足，混凝土的強度增長會受到限制，從而無法有效承載設計荷載，增加了裂縫的風險。此外，水泥的抗收縮性差也會加劇裂縫的形成，特別是在高溫環境或大體積混凝土施工中，水泥質量差可能引發大范圍的干縮裂縫。

其二，鋼筋的質量和性能對裂縫的形成也有直接影響。鋼筋作為混凝土中的受力構件，其質量控制至關重要。如果鋼筋的抗拉強度不足、表面有銹蝕或尺寸不符合標準，鋼筋與混凝土的黏結力就會降低，將導致局部應力集中，進而引發裂縫。鋼筋銹蝕是長期使用過程中常見的材料因素之一，鋼筋在濕潤環境下容易發生銹蝕，銹蝕層的膨脹會導致混凝土表面開裂。

其三，混凝土的配合比和骨料質量也直接影響建筑結構的抗裂性能。如果混凝土的水泥、砂、石料等配合比不合適，或者骨料質量不佳（如過多的粉塵、雜質或不均勻的粒徑分布），都可能導致混凝土的強度不均勻，影響其抗壓和抗拉性能，從而引發裂縫。特別是在混凝土的干縮過程中，骨料的膨脹性差或收縮性過大，會加劇混凝土的裂縫生成，尤其在大面積施工中，材料問題可能導致全局性的裂縫。

3建筑結構設計中控制裂縫對策

3.1提高設計水平

提高建筑結構設計水平是防止裂縫發生的關鍵所在。合理的設計方案能有效控制裂縫的產生，確保結構在承受荷載、溫度變化等外部因素時具有足夠的抗裂能力。

第一，設計階段必須精確計算荷載并合理組合。針對不同建筑物的使用需求和外部環境，要合理選定設計荷載，并嚴格按規范進行荷載分析，尤其要重視突發荷載（如風荷載、地震荷載）和長期荷載（如恒載、活載）的疊加效應。在高層建筑或特殊結構中，設計時要考慮極端荷載對結構的影響，通過荷載放大系數或安全系數進行適當的調整，確保結構在實際使用過程中不會因超荷而發生裂縫[2]。

第二，結構形式的合理選擇對裂縫控制至關重要。在建筑設計中，必須根據結構的受力特點、荷載條件以及地震、風等外部環境，選擇合適的結構類型。例如，在大跨度或高層建筑中，剪力墻結構因其較強的抗剪性能常被選用，可有效減少局部應力集中，防止裂縫的發生。而對于一些特殊結構，設計人員應根據荷載分布和力學分析結果，選擇最適合的結構體系，避免結構不均勻或應力集中。

第三，在構件設計方面必須科學配筋。通過精確計算構件的彎矩、剪力等內力，合理配置鋼筋，避免出現配筋過多或過少的情況。過多的鋼筋會導致混凝土應力不均勻，增加裂縫風險；過少的鋼筋則可能導致結構局部超載，引發裂縫。特別是在梁、柱等承重構件中，配筋方案的合理性直接決定了結構的抗裂能力。為確保鋼筋與混凝土之間的黏結力，要確保鋼筋表面光潔無油污，且銹蝕問題得到有效防控。

第四，現代技術的應用也是提升設計水平的重要手段。利用建筑信息模型（BIM）技術，可在設計階段進行結構的應力分析、變形計算與優化，提前發現潛在的裂縫風險。BIM可模擬建筑在不同荷載下的受力分布和變形情況，優化設計方案，避免結構中因設計缺陷引發的裂縫問題。通過對大量施工數據的分析，設計人員可實時調整設計方案，確保裂縫控制措施的有效性。

3.2嚴格把控施工工藝

施工工藝的控制直接決定了裂縫的發生概率。在實際施工過程中，必須嚴格按照設計要求執行關鍵工藝，確保結構質量。

首先，混凝土的澆筑必須確保連續性和均勻性。澆筑過程中應避免分層、干縮和冷縫的出現，特別是大體積混凝土應分層分段澆筑，每層澆筑厚度應控制在設計范圍內，并及時振搗排氣，避免空氣夾帶導致的氣泡。澆筑過程中要避免過快或過慢，確保混凝土在運輸、澆筑和振搗過程中均勻分布，保證其強度和密實性。使用自動化澆筑設備，以有效減少人工操作不當的影響。

其次，鋼筋綁扎的精準度至關重要。鋼筋的規格、數量、間距和位置必須嚴格按照設計圖紙要求進行。鋼筋的表面應無銹蝕、油污和異物，確保良好的黏結性能。綁扎時應使用精確測量工具，確保鋼筋的偏差控制在規范范圍內，避免因鋼筋位置不準確或配筋不足導致應力集中，引發裂縫。

再次，混凝土振搗是控制裂縫的重要環節。振搗應均勻、充分，防止出現離析和孔洞。振搗時間和頻率應根據混凝土的工作性、骨料配比及振動器類型精確控制，確保混凝土與鋼筋之間的良好黏結。特別是在大體積混凝土中，應通過分段澆筑并設置溫控措施，控制混凝土的溫差，避免因內部應力集中引起裂縫。

最后，混凝土的養護是防止裂縫的關鍵工藝。養護時要確保混凝土表面濕潤，避免表面水分過早蒸發。特別是在高溫或低溫環境下，養護過程應控制混凝土溫差，避免因溫度應力產生裂縫。可采用保溫覆蓋、噴灑養護劑等手段，確保混凝土水化反應的順利進行。

3.3 合理選擇材料

合理選擇建筑材料是控制裂縫發生的另一關鍵因素。材料的性能直接影響建筑結構的抗裂能力，選用合適的材料可在源頭上減少裂縫的產生。

首先，混凝土的選材是控制裂縫的基礎。混凝土的配合比應根據設計要求和實際使用環境進行優化，尤其要控制水泥、骨料和水的比例。過高的水灰比會導致混凝土強度低，易收縮，從而增加裂縫的風險。因此，應選擇具有適當強度和低收縮性的水泥類型，如早強水泥或低熱水泥。在需要更高抗裂性能的工程中，可采用聚合物改性混凝土或纖維增強混凝土，這些材料能夠有效提高混凝土的抗裂性和韌性，減少由于溫度變化或荷載作用引發的裂縫。

其次，骨料的選擇對混凝土的抗裂能力至關重要。骨料的質量直接影響混凝土的工作性、強度和耐久性。粗骨料的粒徑應根據具體結構要求選擇，過大的粒徑會影響混凝土的密實性，導致強度不足；而過小的粒徑可能導致收縮較大，增加裂縫的風險。在選擇骨料時，應避免使用易膨脹的礦物質 （如膨脹土），以免因其膨脹性引起裂縫。

最后，在鋼筋選擇方面，鋼筋的質量直接關系到結構的承載能力與抗裂性能。應選擇符合國家標準的高強度、耐腐蝕性能好的鋼筋，并確保其表面無銹蝕、油污等雜質。鋼筋的規格和型號應根據設計要求精確選定，過小的鋼筋直徑可能導致混凝土和鋼筋之間的黏結力不足，造成結構裂縫。鋼筋的加工質量也需嚴格控制，尤其是彎曲和切割過程中，避免出現過度變形或裂紋，影響整體抗裂性能。

4結束語

文章深入探討了建筑結構裂縫的類型與成因，重點分析了設計、施工及材料因素對裂縫產生的影響。通過精細化設計、嚴格控制施工工藝及合理選擇高性能材料，提出了一系列有效的裂縫控制策略。研究表明，結構裂縫的有效防控需要從源頭入手，綜合運用現代技術與優化設計方案，以提高建筑物的安全性和耐久性。

參考文獻

[1]王江藝.建筑結構設計中控制裂縫的措施分析[J].居業，2023（12）：74-76.

[2]姚瑞元.淺析建筑結構設計中控制裂縫的措施[J].城市建設理論研究（電子版），2023（30）：154-156.