建筑工程结构设计中裂缝控制分析

建筑工程结构设计中裂缝控制分析

刘清

江苏浩森建筑设计有限公司  江苏  常州 213000

摘要：由于建筑工程结构设计的复杂性，导致其产生裂缝的风险因素较多，如何采取有效对策以避免裂缝问题成为建筑领域所重点研究的一项内容。在不同建筑工程案例中，结构设计方案中的裂缝控制措施存在较多差异，纵向裂缝的数量普遍多于横向裂缝，需要将结构设计方案中的实施重点和难点进行重点跟踪和监督管理，避免出 现较多墙体裂缝问题。基于此，本文阐述了当前建筑结构设计工作中的主要裂缝成因，并提出了有效解决建筑结构设计裂缝问题的针对性措施，以期为后续的工作提供参考借鉴。

关键词：建筑结构设计；裂缝；混凝土；地基

前言：

建筑结构设计是建筑工程项目中的重要一环，由于新建建筑结构的复杂度进一步提升，其质量风险点也相应增多，裂缝是建筑工程的一种常见病害，能够对建筑质量造成极大的影响，严重的甚至还会导致建筑倒塌等安全事故，而要想对这类病害进行防范，则还需从建筑结构设计入手。建筑工程结构设计方案和施工图纸中比 较常见的裂缝问题主要有温缩裂缝、沉降裂缝、干缩裂缝以及钢筋腐 蚀裂缝等，会直接破坏建筑 物结构的稳定性和耐久性，还会降低建筑物不同楼层的抗剪力以及承 载力水平。这就需要设计人员结合工程实际情况，探寻裂缝成因，以采用针对性措施加以处理，从而不断提升建筑结构设计质量。

1、建筑结构设计出现裂缝的原因

1.1地基变形

地基变形是导致建筑结构设计中出现裂缝的主要原因之一，地基作为建筑物地面以下岩土，虽然在施工阶段通常会进行一定的处理，同时地基承载力、强度等也能够满足施工要求。由于地基土分为不同土层，且不同土层的厚度、力学性质、成分等都存在着较大的差异，因此一旦房屋修建完成，地基就会在房屋所施加的压力下发生不同程度的沉降，房屋下不同位置地基的沉降速度与沉降量会出现差距，并造成不均匀沉降，这类裂缝的发展速度相对较快，能够形成多种类型，这就导致地基变形裂缝相对更难处理。从以往的经验来看，导致地基变形类裂缝出现的主要原因是，工程启动前的现场勘查作业存在疏漏，部分细节因素未能充分考虑，而导致计算地基承载力结果方面存在失准的问题，进而引发此种裂缝现象。

1.2温度变化

温度裂缝主要是指温度变化以及温差影响下混凝土构件所产生的裂缝，一般来说，受热胀冷缩原理的影响，混凝土虽然会随着温度的变化而出现膨胀或收缩现象，大体积混凝土是较为常用的一类材料，这类材料的优势更为突出，但同时其水化热过高等问题也进一步凸显，极易导致出现温度变化裂缝。由于其内部硬化相对较慢，因此一旦外界温度出现较大变化，那么混凝土的外部温度就会随之迅速变化，而内部温度的变化则会相对较，这样一来，混凝土的内外部温度会形成一个梯度，同时其收缩或膨胀所导致的变形程度也会不一致，这种温差导致压应力与拉应力的出现，当拉应力值超出混凝土自身抗压极限变化后，裂缝也就随之产生。其次，高标号混凝土是产生温差裂缝的另一原因，尤其是外墙和板，当混凝土等级超过C40，其水化热大，若施工期间养护不到位，极易产生温度裂缝。当周围温度发生变化时，高标号混凝土出现干缩湿膨胀缝的变形，，借此出现附加应力，当这种应力超过混凝土的抗拉强度时，便会出现裂缝问题。

1.3混凝土收缩

与其他裂缝原因相比，混凝土收缩所引发的建筑结构裂缝要更为常见，出现收缩的原因也各不相同，但从总体上来看，因混凝土收缩导致的裂缝通常都产生于新浇筑的混凝土之上。在混凝土浇筑工作完成后，其内外部的水分含量仍然会保持在同一水平线上，但内外部的失水速度却已经产生了巨大的差异，如果在养护阶段会未能及时进行喷水，那么外部混凝土水分快速蒸发的情况下，其内外部收缩程度就无法达到一致，最终导致裂缝的产生。一是胶凝裂缝，其主要形成原因是，水泥材料凝固阶段受到固化作用影响后，水泥胶体体积缩小，引起混凝土收缩而出现裂缝；二是干燥裂缝，其多发于混凝土的振捣阶段，在此阶段中，混凝土内部的游离水分大量渗出，在混凝土表面形成收缩，最终形成干燥裂缝，同时泥土离析情况也较为突出。

2、建筑结构设计中的裂缝控制措施

2.1  温度裂缝控制

温度裂缝通常又称温度应力裂缝，这类裂缝的防治措施通常以混凝土内外部温差控制为主，而从具体控制措施来看，则需要在混凝土施工的各个环节中进行温度控制与调节。在选购混凝土材料时，应选择水化热程度较低的水泥，适当降低普通水泥用量和控制水灰比，并在原材料中适当添加膨胀剂和减水剂等添加剂，控制混凝土的实际强度略高于设计强度，这样可以有效促进混凝土内部水分蒸发以及温度流失，从而使内外部温差降低。在浇筑完成后的养护环节中，技术人员使用温度传感器，对混凝土进行及时的温度测量，对测量结果进行详细记录，根据测量结果分析温度的变化规律，控制好混凝土内的最高温度以及混凝土的温升速度以及降温速度，以实现温控的目标。

在设计混凝土配合比的过程中，结构设计师需要对比分析 不同设计方案中的水化热问题， 对环境温度、混凝土混合料中心温度 之间的差值进行对比分析。不同尺寸温度裂缝问题的有效控制措施， 需要在优化建筑结构设计指标的基础之上，逐步提升钢筋混凝土和预 制模板结构的抗张拉性能指标。同时，在对不同规模的建筑工程项目进行结构设计的过程中， 设计师需 要对不同类型的结构裂缝加以控制，重点测算纵墙以及外墙体结构的 拉应力以及压应力数值，避免钢筋混凝土混合结构之中出现较多应力 集中部位。

2.2沉降裂缝控制

地基不均匀沉降问题是造成地基变形裂缝的首要原因，因此需要将地基不均匀沉降问题作为裂缝控制的重点任务。在具体实施过程当中，技术人员应当严格按照建筑工程的具体施工规范及要求，编制合理化的处理方案，以组织引导施工人员进行合理化的处理。部分建筑工程项目的施工现场 环境比较复杂， 地质条件和土壤地层结构并不稳定，地下水系分布情 况也并不规则， 因此很容易产生沉降类结构裂缝问题。建筑结构设计师需要重点勘测施工区域内是否 存在软土地质层结构，并对比分析不同建筑结构中的应力集中部位以 及不均匀沉降模型是否存在较多异常数据指标， 并着重优化沉降量超 出限定标准的建筑结构设计方案。

在建筑结构设计正式开始前，相关设计人员应当预先对目标施工区域进行全方位的勘察工作，明确目标施工区域的地基基本参数，针对施工现场中地基结构较为复杂的区域，则应当对基础薄弱部分实施针对性的处理工作，以保证建筑工程项目的地基结构参数符合预期要求。通过注浆环节后，土体与浆液充分融合，形成了新的高强度固态物质，实现了地基加固的目标，以防出现裂缝问题。在建筑投入使用后，建筑地基的地质情况很可能会因外界因素影响而发生变化，从而出现地基不均匀沉降的情况，因此除了对地基进行加固处理外，施工人员还可以根据建筑结构设计特征，将建筑物划分为多个区域，并将不同区域间的建筑物基础断开，这样在地基出现不均匀沉降时，房屋同样可以随之进行沉降活动，且不会对混凝土结构产生拉应力，而在没有拉应力的情况下，裂缝自然也就不会产生。

2.3收缩裂缝控制

收缩裂缝与温度裂缝比较类似，能够影响到混凝土材料的实际应用质量和应用比例。因此在裂缝控制上，也同样可以对温度裂缝控制措施进行借鉴，设计师在对不同结构构件和模板进行深化设计的过 程中，会对混凝土浇筑作业平面上的温度变化趋势进行对比分析，部 分混凝土的表面和中心温度相差较大，表面水分蒸发速度过快， 外部 干缩的拉应力比较显著， 干缩裂缝一般呈现出平行以及网状等形式。设计师需要尽量选择混凝土浇筑量 较低的设计方案和施工图纸，并对比分析钢筋混凝土混合建筑结构中 的刚度强度和承载力范围是否符合建筑技术标准。建筑结构设计师需 要严格设定混凝土原材料的实际应用比例，水灰比、水泥用量以及外 加剂类型都是非常关键的设计控制要素。

同时在混凝土捣振过程中，必须要保证捣振的均匀，将砂浆分散开来，这样当混凝土硬化前，其体积就不会因密度差异而产生变化，从而有效避免混凝土塑性收缩与干燥收缩。特别是要重视外界温度的影响，如外界温度较高，则可应用冷却板等装置对混凝土进行降温，并在振捣过程中做好保温工作，同时在后续的养护环节也要适当提高洒水养护的频率；如外界温度偏低，则要充分考虑温度保护问题，如使用苯板或钢筋材料等进行保温。此外，在混凝土初凝前，还可以运用二次捣振抹压技术，对混凝土表面再次进行捣振、抹压，这样可以对混凝土内部结构进行重新调整，提高混凝土密实度，并达到降低水化热的效果。

3、结语

筑结构设计的裂缝预防工作是一项综合性较强的内容，只要能够明确导致裂缝产生的建筑结构设计原因，并针对温度裂缝、沉降裂缝、收缩裂缝等不同原因的裂缝采取有效控制措施，裂缝的出现几率就会大大减少，而建筑工程的整体质量也能够得到充分保障。为确保裂缝得以有效控制，需要结合实际情况，具体问题具体分析，以此合理确定建筑结构设计施工过程中的各项具体参数，进而提升建筑工程的设计质量。

参考文献：

[1]郭金成.建筑结构设计裂缝成因及控制措施探析[J].中华建设,2022(06):63-65.

[2]樊洁.建筑结构设计裂缝成因及对策[J].江西建材，2021 (08)：

80+82.