建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制裂縫的策略研究

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2096-6903（2025）08-0013-03

1建筑結(jié)構(gòu)裂縫類型

1.1 塑性裂縫

塑性裂縫是指在建筑結(jié)構(gòu)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(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)中，尤其是在施工過程中，混凝土尚未完全硬化時(shí)，塑性流動性較強(qiáng)的階段。當(dāng)外部荷載或溫度急劇變化時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力超過了混凝土的塑性強(qiáng)度，便會引發(fā)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(zhì)量問題或在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致在使用過程中出現(xiàn)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(zhì)、缺陷以及使用不當(dāng)引起的結(jié)構(gòu)問題。原材料裂縫不僅會影響建筑結(jié)構(gòu)的耐久性，還可能在較長時(shí)間內(nèi)對其安全性造成威脅。

1.3結(jié)構(gòu)裂縫

結(jié)構(gòu)裂縫是指建筑物主體結(jié)構(gòu)在受力作用下，由于設(shè)計(jì)、施工或使用過程中的不當(dāng)操作或負(fù)荷超載等原因，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身發(fā)生裂縫的現(xiàn)象。此類裂縫通常具有較為復(fù)雜的成因，既與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理有關(guān)，也與施工過程中存在的問題密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)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(wěn)定性，甚至引發(fā)更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)問題。

2建筑結(jié)構(gòu)裂縫影響因素

2.1 設(shè)計(jì)因素

建筑結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生通常與設(shè)計(jì)階段的決策密切相關(guān)。設(shè)計(jì)因素是裂縫形成的根本原因之一，主要涉及設(shè)計(jì)人員對荷載分配、結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、施工條件等方面的考量不足。

首先，設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算和假設(shè)不當(dāng)是引發(fā)建筑結(jié)構(gòu)裂縫的重要因素。如果設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行荷載計(jì)算時(shí)，未充分考慮建筑物所可能承受的實(shí)際荷載，或者采用了過于樂觀的荷載假設(shè)，就可能導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)裂縫。例如，部分建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)通常基于標(biāo)準(zhǔn)荷載或假設(shè)荷載進(jìn)行計(jì)算，但荷載并不能完全代表建筑實(shí)際使用中可能遇到的復(fù)雜情況，如突發(fā)荷載、溫度變化、震動等。如果未能考慮到此因素，就容易出現(xiàn)局部超載，從而誘發(fā)裂縫。

其次，結(jié)構(gòu)體系的選擇和構(gòu)件設(shè)計(jì)不當(dāng)也是導(dǎo)致裂縫的重要因素之一。在建筑設(shè)計(jì)中，不同的結(jié)構(gòu)體系對裂縫的敏感度不同。例如，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等，其抗裂能力和變形性能差異較大。如果設(shè)計(jì)人員未能根據(jù)建筑物的功能需求、使用環(huán)境、荷載要求等因素合理選擇結(jié)構(gòu)體系，就可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理，造成某些部位應(yīng)力集中，進(jìn)而形成裂縫[1]。

最后，設(shè)計(jì)中的溫度應(yīng)力考慮不足也是裂縫的一個(gè)常見原因。在混凝土結(jié)構(gòu)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(yīng)力可能會導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。若設(shè)計(jì)中未考慮到溫度效應(yīng)，或者沒有合理配置溫度縫、膨脹縫等防止溫度應(yīng)力積聚的措施，也容易導(dǎo)致應(yīng)力過大，從而引發(fā)裂縫。

2.2 施工因素

施工過程中的不當(dāng)操作和管理缺陷是導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)裂縫的另一個(gè)主要原因。施工因素直接影響著結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，尤其在混凝土澆筑、鋼筋綁扎、施工環(huán)境控制等方面，任何疏忽或偏差都可能引發(fā)裂縫的產(chǎn)生。

第一，混凝土澆筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)是導(dǎo)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(jìn)行均勻振搗，混凝土內(nèi)部可能會出現(xiàn)空隙或氣泡，缺陷會極大降低混凝土的整體強(qiáng)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(dāng)?shù)葐栴}，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(fā)裂縫。

第二，鋼筋綁扎不規(guī)范也是施工中引發(fā)裂縫的重要因素之一。鋼筋作為混凝土結(jié)構(gòu)的重要受力構(gòu)件，其位置、間距和綁扎質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗裂性能。如果鋼筋綁扎不當(dāng)，如鋼筋位置偏移、綁扎不牢固、鋼筋銹蝕等，都可能導(dǎo)致混凝土與鋼筋的黏結(jié)力不足，從而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力性能。特別是在承受較大荷載的部位，如梁柱連接節(jié)點(diǎn)，鋼筋綁扎不合格容易造成局部應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

第三，施工環(huán)境的不當(dāng)管理也會引發(fā)裂縫。溫度、濕度等環(huán)境因素在施工中起著重要作用，尤其在混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)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(jìn)行養(yǎng)護(hù)，或者未能采取有效的防凍、防曬等措施，就可能導(dǎo)致混凝土表面干裂或內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

2.3 材料因素

材料因素是建筑結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的另一個(gè)重要原因。建筑材料的質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及耐久性，若使用不合格或不適當(dāng)?shù)牟牧希涂赡軐?dǎo)致結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)裂縫。常見的與材料因素相關(guān)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(dāng)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(huán)境條件下產(chǎn)生不同的應(yīng)力，從而誘發(fā)裂縫。

其一，水泥質(zhì)量是影響混凝土強(qiáng)度和抗裂性能的關(guān)鍵因素之一。如果水泥的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，含有過多的雜質(zhì)、礦物成分不合適，或水泥水化反應(yīng)不完全，會影響混凝土的強(qiáng)度和致密性，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。尤其是低質(zhì)量水泥在水化過程中釋放的熱量不足，混凝土的強(qiáng)度增長會受到限制，從而無法有效承載設(shè)計(jì)荷載，增加了裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。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(huán)境或大體積混凝土施工中，水泥質(zhì)量差可能引發(fā)大范圍的干縮裂縫。

其二，鋼筋的質(zhì)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(gòu)件，其質(zhì)量控制至關(guān)重要。如果鋼筋的抗拉強(qiáng)度不足、表面有銹蝕或尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋與混凝土的黏結(jié)力就會降低，將導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，進(jìn)而引發(fā)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(huán)境下容易發(fā)生銹蝕，銹蝕層的膨脹會導(dǎo)致混凝土表面開裂。

其三，混凝土的配合比和骨料質(zhì)量也直接影響建筑結(jié)構(gòu)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(zhì)量不佳（如過多的粉塵、雜質(zhì)或不均勻的粒徑分布），都可能導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度不均勻，影響其抗壓和抗拉性能，從而引發(fā)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(dǎo)致全局性的裂縫。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制裂縫對策

3.1提高設(shè)計(jì)水平

提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平是防止裂縫發(fā)生的關(guān)鍵所在。合理的設(shè)計(jì)方案能有效控制裂縫的產(chǎn)生，確保結(jié)構(gòu)在承受荷載、溫度變化等外部因素時(shí)具有足夠的抗裂能力。

第一，設(shè)計(jì)階段必須精確計(jì)算荷載并合理組合。針對不同建筑物的使用需求和外部環(huán)境，要合理選定設(shè)計(jì)荷載，并嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行荷載分析，尤其要重視突發(fā)荷載（如風(fēng)荷載、地震荷載）和長期荷載（如恒載、活載）的疊加效應(yīng)。在高層建筑或特殊結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮極端荷載對結(jié)構(gòu)的影響，通過荷載放大系數(shù)或安全系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過程中不會因超荷而發(fā)生裂縫[2]。

第二，結(jié)構(gòu)形式的合理選擇對裂縫控制至關(guān)重要。在建筑設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、荷載條件以及地震、風(fēng)等外部環(huán)境，選擇合適的結(jié)構(gòu)類型。例如，在大跨度或高層建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)因其較強(qiáng)的抗剪性能常被選用，可有效減少局部應(yīng)力集中，防止裂縫的發(fā)生。而對于一些特殊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)荷載分布和力學(xué)分析結(jié)果，選擇最適合的結(jié)構(gòu)體系，避免結(jié)構(gòu)不均勻或應(yīng)力集中。

第三，在構(gòu)件設(shè)計(jì)方面必須科學(xué)配筋。通過精確計(jì)算構(gòu)件的彎矩、剪力等內(nèi)力，合理配置鋼筋，避免出現(xiàn)配筋過多或過少的情況。過多的鋼筋會導(dǎo)致混凝土應(yīng)力不均勻，增加裂縫風(fēng)險(xiǎn)；過少的鋼筋則可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部超載，引發(fā)裂縫。特別是在梁、柱等承重構(gòu)件中，配筋方案的合理性直接決定了結(jié)構(gòu)的抗裂能力。為確保鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)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(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用也是提升設(shè)計(jì)水平的重要手段。利用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，可在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析、變形計(jì)算與優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)潛在的裂縫風(fēng)險(xiǎn)。BIM可模擬建筑在不同荷載下的受力分布和變形情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，避免結(jié)構(gòu)中因設(shè)計(jì)缺陷引發(fā)的裂縫問題。通過對大量施工數(shù)據(jù)的分析，設(shè)計(jì)人員可實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，確保裂縫控制措施的有效性。

3.2嚴(yán)格把控施工工藝

施工工藝的控制直接決定了裂縫的發(fā)生概率。在實(shí)際施工過程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行關(guān)鍵工藝，確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

首先，混凝土的澆筑必須確保連續(xù)性和均勻性。澆筑過程中應(yīng)避免分層、干縮和冷縫的出現(xiàn)，特別是大體積混凝土應(yīng)分層分段澆筑，每層澆筑厚度應(yīng)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，并及時(shí)振搗排氣，避免空氣夾帶導(dǎo)致的氣泡。澆筑過程中要避免過快或過慢，確保混凝土在運(yùn)輸、澆筑和振搗過程中均勻分布，保證其強(qiáng)度和密實(shí)性。使用自動化澆筑設(shè)備，以有效減少人工操作不當(dāng)?shù)挠绊憽?/p>

其次，鋼筋綁扎的精準(zhǔn)度至關(guān)重要。鋼筋的規(guī)格、數(shù)量、間距和位置必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行。鋼筋的表面應(yīng)無銹蝕、油污和異物，確保良好的黏結(jié)性能。綁扎時(shí)應(yīng)使用精確測量工具，確保鋼筋的偏差控制在規(guī)范范圍內(nèi)，避免因鋼筋位置不準(zhǔn)確或配筋不足導(dǎo)致應(yīng)力集中，引發(fā)裂縫。

再次，混凝土振搗是控制裂縫的重要環(huán)節(jié)。振搗應(yīng)均勻、充分，防止出現(xiàn)離析和孔洞。振搗時(shí)間和頻率應(yīng)根據(jù)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(jié)。特別是在大體積混凝土中，應(yīng)通過分段澆筑并設(shè)置溫控措施，控制混凝土的溫差，避免因內(nèi)部應(yīng)力集中引起裂縫。

最后，混凝土的養(yǎng)護(hù)是防止裂縫的關(guān)鍵工藝。養(yǎng)護(hù)時(shí)要確保混凝土表面濕潤，避免表面水分過早蒸發(fā)。特別是在高溫或低溫環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)過程應(yīng)控制混凝土溫差，避免因溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。可采用保溫覆蓋、噴灑養(yǎng)護(hù)劑等手段，確保混凝土水化反應(yīng)的順利進(jìn)行。

3.3 合理選擇材料

合理選擇建筑材料是控制裂縫發(fā)生的另一關(guān)鍵因素。材料的性能直接影響建筑結(jié)構(gòu)的抗裂能力，選用合適的材料可在源頭上減少裂縫的產(chǎn)生。

首先，混凝土的選材是控制裂縫的基礎(chǔ)。混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，尤其要控制水泥、骨料和水的比例。過高的水灰比會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度低，易收縮，從而增加裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)選擇具有適當(dāng)強(qiáng)度和低收縮性的水泥類型，如早強(qiáng)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(qiáng)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(fā)的裂縫。

其次，骨料的選擇對混凝土的抗裂能力至關(guān)重要。骨料的質(zhì)量直接影響混凝土的工作性、強(qiáng)度和耐久性。粗骨料的粒徑應(yīng)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)要求選擇，過大的粒徑會影響混凝土的密實(shí)性，導(dǎo)致強(qiáng)度不足；而過小的粒徑可能導(dǎo)致收縮較大，增加裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。在選擇骨料時(shí)，應(yīng)避免使用易膨脹的礦物質(zhì) （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(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的承載能力與抗裂性能。應(yīng)選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)度、耐腐蝕性能好的鋼筋，并確保其表面無銹蝕、油污等雜質(zhì)。鋼筋的規(guī)格和型號應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求精確選定，過小的鋼筋直徑可能導(dǎo)致混凝土和鋼筋之間的黏結(jié)力不足，造成結(jié)構(gòu)裂縫。鋼筋的加工質(zhì)量也需嚴(yán)格控制，尤其是彎曲和切割過程中，避免出現(xiàn)過度變形或裂紋，影響整體抗裂性能。

4結(jié)束語

文章深入探討了建筑結(jié)構(gòu)裂縫的類型與成因，重點(diǎn)分析了設(shè)計(jì)、施工及材料因素對裂縫產(chǎn)生的影響。通過精細(xì)化設(shè)計(jì)、嚴(yán)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(jié)構(gòu)裂縫的有效防控需要從源頭入手，綜合運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)與優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以提高建筑物的安全性和耐久性。

參考文獻(xiàn)

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