建筑結構設計裂縫成因及完善措施

高明濤

山東三元建筑設計有限公司海陽分公司 山東 海陽 265100

引言

在建筑工程施工階段，裂縫是一個普遍存在的問題，裂縫的科學控制預防對建筑質量、安全、美觀有重要影響。因此，對裂縫的成因進行深入分析，制定科學合理的控制對策，確保結構設計科學可行，有效避免裂縫發生。

1 建筑結構設計應遵循的原則

1.1 功能性原則

建筑作為人們日常生活和工作主要載體，是人們生存和發展的重要保障。現代社會，人們生活物質、精神文化需求不斷改變，對建筑物的需求不再局限于居住、學習、工作等，提出了更多功能性需求，對建筑外觀、建筑舒適度、生態性和智能化程度等也有了一定的要求。因此，建筑結構基礎設計應充分考慮這一需求及未來發展方向，注重功能性設計原則，確保地基基礎能夠滿足建筑地基承載力的需求[1]。

1.2 經濟性原則

建筑結構設計要貫徹經濟性原則，在強化基礎設計的科學性、合理性，確保防水、承重、等級等均達到國家行業標準的基礎上，要重視設計原材料和生產成本的投入，確保工程造價在合理范圍內。同時，要綜合考慮諸多因素，設計多個基礎設計方案，綜合比對建材用量、施工難度、人力成本、工期等，選擇最能控制成本，擴大企業經濟效益的基礎設計方案。

1.3 協調性原則

建筑結構設計方案直接影響建筑物的安全。在進行房屋建筑結構設計時，基于建筑整體，協調建筑結構的剛度和延性設計，滿足建筑低承載力和高延性的設計思想，避免遭遇突發自然災害時，建筑結構剛度過強，承載力驟增引發的建筑損壞或倒塌，或結構剛度過小時導致的建筑物變形。同時，注重多個結構構件的有效協調，形成多道防線，構成統一的結構整體，有效分解和消除外力，保持建筑物的完整性。

2 建筑設計結構裂縫的主要類型

2.1 塑性沉降產生的裂縫

因塑性沉降而產生的裂縫特點為兩頭狹窄、中間寬闊，呈現出梭子形狀，經常出現于建筑的變截面、梁板交匯以及梁柱交匯的位置，且此類裂縫的深度通常可以到達鋼筋的表面。要想避免建筑結構出現塑性沉降產生的裂縫，在設計建筑的時候，需要科學控制建筑墻體的水灰比、砂率以及坍落程度。如果需要運用不同截面且截面差距較大的構件，在建造過程中必須先澆筑較深的位置，然后靜置1～1.5h，保證澆筑部分出現穩定沉降之后，再澆筑位于上部的截面，合理設計保護層的厚度[2]。

2.2 塑性收縮產生的裂縫

如果建筑出現由于塑性收縮而產生的結構裂縫，其原因通常為建筑施工的過程中沒有進行規范操作。塑性收縮裂縫通常沒有固定的規格，其形狀為多邊形，不同裂縫之間的距離最小的為幾厘米，最大可以達到十幾厘米。此類裂縫在最初階段通常為裂縫深度較淺，伴隨著時間的推移而逐漸成為持續性的建筑裂縫。要想避免建筑結構出現塑性收縮產生的裂縫，在設計建筑的時候，需要科學控制水泥的用量以及混凝土的水膠比，嚴格控制施工過程，在遇到大風、高溫等施工環境的時候予以更多關注。

2.3 溫度應力產生的裂縫

溫度應力裂縫產生的主要原因是建筑所處的溫度。在澆筑混凝土的過程中，必然需要耗費一定的時間作為施工周期，但是建筑所在地的白天和夜晚溫度通常會產生較大的溫差，會導致建筑的混凝土澆筑不可避免地受到影響。如果建筑混凝土自身能夠承載的拉應力小于溫差產生的拉應力，就會由于溫度應力而在建筑表面產生裂縫。溫度應力裂縫看上去雖然并不明顯，但是會對建筑的功能產生較大影響。溫度應力裂縫通常出現于建筑表面，而且其深度大小不一，要想避免溫度應力產生的裂縫，就必須在設計過程中重視溫差對于建筑的影響。

3 建筑結構設計裂縫成因分析

3.1 受溫度應力的影響

在建筑工程中產生裂縫的原因有很多，其中溫度應力是主要原因之一。由于溫度應力發生了改變，建筑物內與外界之間溫度存在較大差異，從而導致建筑自身的溫度應力變化，在結構面積較大的構件上更易出現。如果某個區域的早晚溫度變化較大，使混凝土表層受熱不均勻，就有可能發生這種情況，從而導致混凝土開裂[3]。

3.2 受貫穿裂縫的影響

混凝土變形范圍較大時，也會產生貫穿裂縫。混凝土遇水后會形成較高的工作溫度，由于塑形階段工作溫度是逐漸升高的，形成的彈性應力模量較小，而內部應力也相對較小，因此，產生變形的可能性較小。一旦氣溫下降，混凝土就會發生變形。混凝土的體積會在水分揮發的影響下減小，建筑構件在地面、空氣等原因的影響下也會產生應力變形。盡管有些建筑構件能夠承受，可一旦超過承受范圍，就會出現貫穿裂縫。在實際勘測中，必須根據勘測成果優化建筑結構設計方案。

3.3 荷載產生裂縫

鋼筋混凝土結構長期受壓會產生荷載裂縫，這就與建筑之間的重量有關。按照目前的建筑技術標準，我國的建筑設計值與發達國家相比較小，而按照設計標準，我國的水泥硬度較高，在這些狀態下容易產生裂縫。

4 建筑結構設計裂縫的完善措施

4.1 做好受力性能分析

在進行建筑結構設計時，最關鍵的就是建筑的受力性能。在設計時，設計人員一定要將建筑的受力性能考慮在內，結合建筑的內部結構以及實際高度，明確受力點，在選擇材料時，也要選擇承重性能較強的材料。如果超建筑的受力性能達不到規定的標準，會影響超建筑的使用安全，在后續維護時，也會增加維護成本。因此，在建筑結構設計過程中，設計人員要對超建筑的受力性能進行深入分析，明確超建筑結構的作用力，并對當下的設計方案進行調整和優化，通過優化設計方案來提高建筑的受力性能。在設計時，設計人員還要注意超建筑受力不均的問題，通過對承重墻、梁以及柱進行計算統計，來解決建筑結構設計受力不均的問題。設計人員要對平面設計圖進行詳細分析，確保建筑整體結構的荷載分布均勻，確保建筑的使用安全。在設計期間，設計人員可以應用BIM技術，采用空間分析法，將平面計算簡圖和BIM技術結合起來，將圖紙以三維的形式呈現出來，這樣可以從根本上解決建筑在受力性能方面的問題[4]。

4.2 有效控制溫度荷載裂縫

建筑結構所產生的裂縫通常為溫度裂縫以及荷載裂縫，施工單位必須針對上述兩種裂縫進行科學防治。在控制溫度裂縫的時候，施工單位需要提前關注、規劃并選擇控制方法，從而使水化熱現象發生的概率降低。待混凝土達到初始強度之后，相關操作人員必須嚴格控制溫度以及水分的固化條件，保證混凝土表面的溫度以及濕度，防止建筑結構表面產生裂縫。與此同時，還應當緊密結合施工相關要求，建設地下室預應力筋抵抗溫度應力。緩黏結預應力技術施工難度不高，可有效節約工期，同時提升建筑結構的耐久性與安全性，建設單位應加大緩黏結預應力技術的應用范圍，提升對溫度應力裂縫的控制力。當施工地區晝夜溫差較大的時候，地下室頂板的溫度應力影響較為顯著，降溫的溫差越大時，頂板的溫度應力便越大。為解決這一問題，施工單位應適當延長后澆帶的閉合時間，從而控制溫度應力對混凝土收縮的影響效果。在應對荷載裂縫的過程中，應在建筑物的頂層設置隔熱層或者保溫層，避免建筑物外部墻體與內部環境產生較大的溫度差異，從而導致裂縫問題出現。同時，應控制模板的周轉情況，保證拆除所有模板的時候能夠存在荷載能力，在這一過程中即使產生裂縫也能夠及時被發覺，在操作過程中必須嚴格遵守相關施工規范，防止裂縫問題發生之后帶來更多、更嚴重的不良影響。

4.3 提高結構體系和結構構件的設計水平

為了確保建筑安全性、耐久度等要求符合標準，需要對結構設計進行全面優化，具體設計方案的優化可以采取下述幾項措施：①設計人員需要嚴格控制建筑形體規則和建筑結構設計的關系，確保兩者的協調性。②基于對建筑功能、受力等情況的分析，盡量采用材料用量較少的結構體系。③如果建筑結構具有高層或者大跨度的特點，需要積極采用鋼結構體系和鋼筋混凝土結構體系，因為建筑的層數較高，如果采用混凝土結構，設計人員需要做好豎向構件、大跨度構件設置水平構件的截面優化設計工作，確保結構強度能夠滿足標準要求。進行結構設計的過程中，需要將黏結預應力梁和現澆混凝土空心樓板等進行比較分析，通過對比選擇最優方案，確保滿足建筑設計要求[5]。

4.4 做好配筋設置

為了解決裂縫問題，對配筋進行合理控制，尤其是在一些大跨度梁板中，要做好對屋面板的配筋設置，考慮樓板在陰陽角變形應力的集中部位增設鋼筋，控制鋼筋材料的間距和直徑，使鋼筋結構的設計能更具穩定性，從而有效遏制建筑結構裂縫的發生。混凝土材料一般由水泥、水、砂石等材料組成，這些材料容易隨著混合物的反應和環境的變化逐漸硬化，從而形成一種復合型的材料。而溫度是這個過程中的重要影響因素，因此，可根據鋼筋混凝土施工要求進行溫度控制。在混凝土混合料的構建過程中，為了避免凝固后的材料與鋼筋材料之間存在不適配性，應對鋼筋的質量進行控制。考慮到鋼筋與混凝土材料之間的相互作用，要對設計內容及施工工藝進行充分考量，有效避免由于配筋不當或鋼筋材料的質量問題而產生結構缺損，影響混凝土材料的質量，從而出現裂縫等情況。

4.5 建筑選材設計

材料的選擇是房屋建筑結構設計工作的關鍵，與整個建筑結構的安全性和穩定性息息相關，同時關系到建筑的能耗與使用周期問題。因此，選擇建筑材料時，設計人員需要從工程實際情況出發，選擇符合工程要求的材料，保證建筑結構的穩定性，同時達到節能減耗的目的。首先，工程材料的篩選需要遵循就近選材的原則。在社會經濟飛速發展的背景下，生產建筑材料的企業數量不斷增加，所以選擇材料時，不能只因為價格因素便舍近求遠，不但需要選擇性價比高的材料，同時需要認真考慮材料成本、運輸費用等問題，這樣才能有效降低成本。因此設計人員需要綜合考慮各項因素進行選材，有效降低損失。其次，正式施工前，施工單位為了工作便利，多在施工場地進行混凝土攪拌作業，雖然能夠提高施工效率，但是對周圍環境造成污染嚴重，同時還會導致混凝土的浪費，引發粉塵污染等問題。現場攪拌混凝土極易導致污水產生，同時難以對其有效處理，多排放至河流中，對周圍環境造成嚴重破壞，與生態環保理念不符。因此需要設計科學合理的攪拌方式，例如在現場周圍劃定專門的攪拌區域，之后將其運輸至施工現場，減少對周圍環境的污染[6]。

5 結束語

建筑結構設計裂縫是工程建設中常見的質量問題之一，如果建筑結構出現了裂縫，將會大大降低建筑整體的結構穩定性和抗震性。從建筑設計到施工，如果操作規范性不強，不重視細節的控制，很可能導致不利因素影響建筑結構，出現裂縫現象。加強對裂縫問題的防治，可提高工程項目的建設質量，也能保障工程建設的效率和安全性。