建筑結構設計裂縫成因及控制措施探析

郭金成

近些年來隨著我國社會經濟的飛速發展，城市化步伐的加快，建筑工程的數量越來越多，規模也變得越來越大，建筑工程具有規模大、工期長、工藝復雜等特點，因此工程質量問題也變得愈發突出，其中結構裂縫問題是建筑工程中的常見問題，對建筑物的安全性和穩定性造成嚴重威脅。建筑物出現結構裂縫與建筑結構設計關系密切。因此，為了能夠有效控制裂縫問題，需要加強對建筑結構設計的研究。設計人員、施工人員需要加強對裂縫問題的重視，結合工程實際制定有效的控制措施，為建筑結構的穩定性提供保障，推動建筑行業的穩定發展。

一、建筑結構設計裂縫成因

1.地基變形

地基變形是導致建筑工程出現結構裂縫的主要因素，地基變形所導致的裂縫也是工程中十分常見的裂縫形式，如圖1所示，具有一定的特殊性，因為該類裂縫發展較快，能夠形成多種類型，因此控制與處理的難度較大。導致該類裂縫產生的主要原因是未在工程前期準備階段做好勘察工作，缺乏對相關因素的考慮，所獲取數據存在一定的誤差，難以全面掌握土質結構承載力，在后續施工階段極易導致地基變形，進而產生裂縫。

圖1 地基變形導致裂縫

2.溫差過大

在建筑工程施工階段，所使用大體積混凝土會產生大量水熱化等問題，極易導致溫度變化裂縫形成，溫度變化裂縫也是十分常見的一種裂縫類型。多數建筑均由混凝土與砌體構成，澆筑硬化階段極易受到水化熱等外界環境因素影響，短時間內混凝土溫度顯著提升，而砌體溫度并未發生變化，受到溫差的影響導致裂縫產生。目前相關規范對混凝土的線性膨脹系數作出明確規定，如果混凝土內外溫差較大便會形成壓應力與拉應力，當拉應力大于混凝土自身抗壓極限變化導致裂縫出現。

3.收縮裂縫

收縮裂縫也是一種十分常見的混凝土裂縫，主要包括：（1）膠凝裂縫。對其成因進行分析，水泥在凝固階段會發生固化，導致水泥膠體體積縮小，混凝土存在自主收縮的情況，該現象存在于水泥固化全過程，極易導致裂縫問題。（2）干燥裂縫。對其成因進行分析，在混凝土振搗階段，混凝土內部游離水大量溢出，在混凝土表面形成收縮，隨著混凝土靜止時間的增加，游離水不斷揮發，導致混凝土表層收縮，自身體積不斷減少，振搗后多存在泥土離析情況，混凝土表層收縮速度較快，進而導致干燥裂縫。如圖2所示。（3）碳化收縮裂縫。因為混凝土中含有二氧化碳，與氧化鈣發生化學反應，形成碳酸鈣會導致混凝土體積變小，進而導致裂縫形成。

圖2 混凝土干燥裂縫

二、建筑結構裂縫的危害

建筑結構裂縫對建筑的功能及耐久度有直接影響，如果未采取及時有效的控制措施，極易導致裂縫隨著時間的發展不斷加重，對整個工程的質量造成嚴重影響。建筑結構裂縫的危害主要體現在以下幾個方面。

1.影響建筑的性能

如果建筑中結構外墻與底板、頂板出現裂縫問題，多數情況下會導致建筑出現漏水、滲水等不良現象，進而導致室內積水問題嚴重，墻體發生霉變情況，對建筑的使用性能造成不利影響。該情況在日常生活中十分常見，同時對其全面、有效處理的難度較大。

2.影響建筑的耐久性

如果建筑中出現結構裂縫，特別是與外界環境直接接觸的表面部位發生裂縫問題，多數情況下會導致混凝土中的鋼筋受到腐蝕，對鋼筋及混凝土的穩定性造成不利影響，同時鋼筋的截面縮小，從而影響對鋼筋混凝土的使用壽命。

3.影響建筑強度與安全性

如果未及時處理裂縫問題，隨著時間的推移，裂縫問題會變得愈發嚴重，特別是對具有一定穿透性和深度的裂縫來說，會對建筑結構的整體剛度以及抗剪、抗拉強度造成嚴重的影響，同時因為發生裂縫問題，整體結構可能會導致應力重新分布，原來設計的結構受力與傳輸模式發生變化，從而對建筑結構強度及安全性造成不利影響。另外，如果出現結構裂縫，水分可能會順沿裂縫進入建筑結構內部，進而對結構造成進一步的破壞，最常見的問題為鋼筋結構腐蝕。如果鋼筋結構生銹、腐蝕，必然會對其承載能力造成影響，導致建筑的強度下降。

4.影響建筑的抗剪能力

為了保證建筑結構具備良好的抗剪能力，需要得到截面的支撐，但是如果發生裂縫問題，導致截面出現裂縫，支撐抗剪能力的截面面積明顯縮小，因此影響工程的整體結構，必然會對結構的抗剪能力造成不良影響。

三、建筑結構設計裂縫的控制措施

1.提高結構設計水平

科學合理的結構設計是控制裂縫問題的關鍵，科學合理不僅體現在圖紙設計的合理性，同時也包括施工設計的合理性，因此需要全面分析工程資料信息，明確安全控制要點，進行精準定位，制定科學合理的設計方案，最大程度減少安全隱患的發生。結構設計工作需要從以下方面入手，以加強對裂縫問題的控制：

首先需要制定科學合理的整體結構設計方案。施工前，工作人員需要深入現場進行全面勘察，全面收集相關數據信息，確保設計方案、圖紙與建筑結構體系規范要求相符。進行結構設計前需要認真分析結構承受荷載及作用的大小情況，同時認真計算溫度變化情況，掌握混凝土材料的后期變化規律及特征。結構設計階段，合理選擇約束機制，有效釋放與抵抗混凝土的溫度應力。同時需要堅持整體性原則，確保建筑結構具備良好的受力性能，充分結合基本受力原理，保證受力圖與受力分析保持一致。對高層建筑而言，需要進一步分析結構抗變形能力及抗荷載能力，選擇合理的設計結構尺寸，保證整體結構的平衡性與穩定性，避免發生裂縫問題。

其次需要提高混凝土設計水平。混凝土是導致結構裂縫的主要因素，為了加強對裂縫問題的控制，提高混凝土設計水平十分重要。在結構設計階段明確混凝土的強度等級，如果等級較高會導致水泥用量增加，凝固階段產生水化熱，極易導致裂縫問題；而強度較低會影響建筑結構的抗壓性能，也存在裂縫發生風險。另外，混凝土坍落度也是需要重點考慮的因素，坍落度過大易導致澆筑時發生離析，過小易導致混凝土密實效果不理想，均可能導致裂縫問題。因此需要認真考慮相關問題，合理控制相關參數，最大程度避免裂縫問題。另外，抗滲混凝土在施工階段較為常用，外加劑的應用有助于減少裂縫問題，同時，合理設置構造鋼筋也是控制裂縫問題的主要手段。對混凝土設計而言，還需要認真考慮鋼筋因素，需要嚴格按照相關規范合理配置鋼筋。因此設計人員需要充分掌握各類構件的構造配筋方式，提高應用水平。在施工階段，盡量采用強度較高的鋼筋構件，避免混凝土發生開裂問題，同時針對地基變形、沉降導致的裂縫問題，需要全面考慮鋼筋設置，提高整體結構的穩定性。

最后，提高預應力設計水平。對建筑結構預應力進行設計的過程中，需要認真考慮關鍵因素，如幾何結構、鋼筋等因素，完善設計方案，實現節約材料用量的同時減少結構自重的目標。施工階段需要加強對建筑優化設計方案達到節約鋼筋用量，減少結構自重的目標。同時對地下部位來說，需要設置后澆帶，主要設置在距離梁和地板的1/3位置，對后澆帶寬度進行合理控制，保持在800～1000mm之間。

2.做好材料選擇及質量控制工作

對裂縫進行控制的過程中，需要合理選擇材料，避免使用質量不達標的材料對控制效果造成影響。首先，需要全面審核材料供應商資質，保證其具備良好的資質，同時在合同中詳細規定責任追究細節，提高材料質量控制水平。其次，在材料入場前，工作人員需要對其進行再次檢測，多采用抽樣檢測方式，確保其質量與性能滿足施工要求。在材料檢測階段，需要加強對水泥這一混凝土澆筑材料的重視，嚴格檢測，認真核驗相關檢驗報告，保證其質量達標，同時對其成分進行抽樣檢測，避免含有硅酸鹽成分水泥入場。對砂石材料而言，需要結合水泥情況進行合理選擇，結合水泥劑量明確比例，提高配比質量，避免裂縫發生。

3.溫度變化裂縫的控制措施

溫度變化裂縫是建筑常見的結構裂縫問題，工作人員可以從以下兩個方面著手加強對裂縫問題的控制。首先，以預防為主，加強對施工全程的控制，全面落實管控工作。在施工管理階段，結合工程實際要求，合理選擇保溫層材料，通過減少溫差避免裂縫出現。例如外圍環境溫度較高，可以在結構表面設置冷卻管；如果外圍環境溫度較低，可以對混凝土結構表面進行遮蓋處理。其次，施工控制。施工過程中混凝土的凝固時間較長，所以需要盡量采用低水熱化的水泥，同時結合現場溫度采取合理的攪拌措施，避免溫差裂縫產生。

4.加強對砌體結構的控制

為了有效提高砌體結構的承載力與壓力強度，工作人員在工程規劃初期階段，需要根據承載力學測量原理對砌體結構建筑進行模擬測量試驗，構建一個小型測量模型，進而實現對砌體結構承載力學與傳導強度方位的準確測量。圖3為建筑砌體結構示意圖。在測量階段，工作人員需要認真考慮建筑砌體支撐位置的壓力負載與承載性能。對建筑圓梁和砌體構造柱進行設計，需要結合其特點合理控制受力面積，避免砌體發生裂縫問題。

圖3 建筑砌體結構示意圖

5.做好養護工作

做好養護工作對于控制裂縫問題來說具有重要意義，工作人員需要加以重視。養護可以選擇蒸汽養護手段，將混凝土構件放置在蒸汽和空氣飽和的環境下養護，達到快速硬化的目的。采用該養護方式時，需要加強對時間、溫度、濕度的控制，室內外溫差盡量不要超過20%，可以采用分階段的方式進行養護，實現對混凝土裂縫問題的有效控制。另外，也可以采用自然養護方式，在常溫狀態下對混凝土進行養護。養護時間約14d，如果在雨雪天氣，需要對混凝土表面采取防護措施，避免室內外溫差過大。

綜上所述，導致建筑結構裂縫的因素較大，工作人員需要加以重視，全面分析裂縫成因，在此基礎上制定有效的控制措施，為工程結構的穩定性與安全性提供保障。