关于建筑工程结构设计中的裂缝问题探析

谢利娜

【摘要】在建筑工程当中，裂缝问题是一个较为普遍的问题，由于很多因素可造成结构的开裂，因此，在进行建筑物的结构设计时，必须根据工程的地质环境条件、结构形式等相关因素，制定出有效的结构设计及裂缝控制措施。此外，还应加强对工程施工的监管，确保施工单位能够按照设计、规范严格执行，保证建筑物的安全及使用性能。

【关键词】建筑工程；结构设计；裂缝

一、引言

建筑工程的结构设计是整个工程的关键环节，在实际设计中经常会遇到一些常见但很棘手的问题，建筑墙体和楼板的裂缝问题就是其中一个比较典型的结构设计问题。由于造成混凝土结构产生裂缝的原因很多，这对于建筑工程的结构设计要求就更为严格。因此，为在建筑工程中尽量减少或避免产生裂缝，必须对裂缝成因进行探究分析，并在结构设计方面提出针对性的解决办法进行裂缝控制。

二、建筑工程结构设计中裂缝的主要成因

（一）塑性变形引起的裂缝

由塑性变形造成的混凝土裂缝一般出现在硬化前，这是因为混凝土在硬化前一直处于塑性状态，而上部建筑的均匀沉降会受到一定限制，导致结构产生裂缝。在混凝土结构建筑物中，如果混凝土的表面积增大或者钢筋直径过大、骨料粒径过大，都会使得混凝土水平方向的收缩比垂直方向的收缩困难，进而造成混凝土不规则裂缝，此类裂缝相互之间的间距在0.3～1.0mm范围内，表现形式为相互平行，并且裂缝本身都会存在一定深度。

（二）结构裂缝

随着现代建筑工程施工工艺及水平的提升，现浇楼板已逐渐取代预制多孔板，现浇楼板的楼面优点在于其承载能力一般都能满足设计强度的要求而且整體性较好。但若用现浇楼板代替预制多孔板时，会增大楼板的刚度，造成原有墙体的相对刚度的降低，从而有可能导致在墙体刚度较薄弱的部位或者一些墙体的截面突变部位产生裂缝。例如墙角是应力较为集中的位置，就比较容易出现裂缝。

（三）应力裂缝

此类裂缝的形成主要是由混凝土结构的徐变收缩造成的，其中结构的自身收缩、塑性收缩、碳化收缩以及干燥收缩是比较常见的几种裂缝形式。在建筑物的混凝土浇筑完成后，在其收缩硬化的过程中，会因其内部水分的持续蒸发，导致混凝土自身的体积不断减小，进而产生收缩，在混凝土的收缩过程中由于支座对其的约束力，限制了其自由伸展。随着约束力的逐渐加大，势必会造成现浇混凝土板产生裂缝，裂缝的位置一般位于应力比较集中的部位。

（四）温度应力造成的裂缝

此类裂缝的形成主要是由于混凝土浇筑完成后，难以将聚积于混凝土内部的水泥水化热散发出去，混凝土内部温度相对较高，而混凝土外表由于与外界接触，其表面温度会因外界环境的影响热量散发较快，从而导致混凝土内外部分的温差较大，造成混凝土表面产生拉应力，而内部则出现压应力。而混凝土由于刚完成浇筑不久，龄期较短，其抗拉强度不足，从而造成表面拉应力大于混凝土自身极限抗拉强度，在混凝土表面出现温度裂缝。

三、建筑工程结构设计中的裂缝控制措施

（一）合理设计结构

尺寸及选材由于建筑材料变形的差异及自身的温差都会造成混凝土结构的开裂，特别在结构尺寸较大时，结构因材料变形及温差所造成的应力就会随之增大，极易在建筑的楼板与墙体中产生横向裂缝。通过统计分析，结构所受应力与长度呈非线性相关关系，因此，在进行结构设计时一定要确保结构尺寸合理，在结构设计时选用合理的布置方案使结构在实际工作中能实现整体性较好的同时刚度分配合理结构构件受力明确，在计算配筋过程中要严格按照国家相关设计规范进行设计，从而减少或避免出现结构裂缝。在设计施工中尽量选择使用变形差异接近的材料，从而有效的抑制了应材料自身变形而造成的结构裂缝。

（二）现浇混凝土楼板裂缝的控制措施

在结构设计时必须保证混凝土结构的整体刚度满足规范要求，以免结构的不均匀沉降造成在混凝土结构内部出现拉应力及剪应力，进而减弱结构内部抵抗温度应力的能力。在建筑的外墙角位置上应布设放射筋，并且保证每个墙角布设的放射筋都在七根以上，配筋长度必须大于2m，配筋范围则不得小于楼板跨度的三分之一，各个钢筋之间的间距则不得大于0.1m.通过在建筑外墙角布设放射筋的办法能够满足应力的要求，使得现浇混凝土楼板的裂缝应力作用范围与放射筋作用范围一致，进而减少并控制裂缝的形成。

（三）温度裂缝的预防控制措施

在建筑工程的结构设计中，应优先选用建筑平面布置规则、结构受力简单合理的结构布置，不宜设置太多的凹凸，以免产生温度应力集中进而造成裂缝。建筑的长高比应符合设计规范要求。特别是建筑物的长度不应超过温度伸缩最大间距的要求，以确保材料的变形在较小范围内，从而能有效防止屋面因温差较大形成变形集中造成的墙体裂缝。在砌体结构中建筑纵墙应尽量少设门窗，并且门洞和窗洞不宜开设过大，保证砖墙具有足够的抗剪面积，从而提高其自身的抗剪能力，同时还可减少在门窗部位的应力集中现象。温度裂缝的形成主要是由于砖墙本身、圈梁、屋面板的温度变形以及相互间的温差所引起的，其屋面板保温层的效果好坏会对顶层砖墙的裂缝程度产生直接影响。因此，屋面保温层的设计一定要满足热工要求，尤其是其施工工法及保温材料的性能要与规范符合，并可适当加大保温层的厚度，保证保温效果。

从建筑的结构方面考虑，所有的纵墙、横墙的顶层均应设置圈梁，以增强其整体性及抵抗温度裂缝的能力。在设计圈梁时，顶层圈梁尤其是纵向圈梁的高度应尽量小些，以减少砖墙与圈梁之间的相互约束，进而降低由于屋面板变形对墙体产生的水平推力；提高顶层墙体的砂浆砌筑强度是抵抗温度裂缝有效且经济的方法，顶层砂浆强度不宜小于M5.0，砖体的强度则不宜小于MU10，并且砖砌体的厚度不宜小于240mm；降低墙体与屋盖之间的温差是防止温度裂缝的关键，所以，可在屋面设计时采取设置架空层等隔热保温措施。

（四）钢纤维混凝土在结构裂缝控制中的应用

在钢筋混凝土梁的底部布设适量的钢纤维，使其能够与混凝土共同抵抗开裂，从而提高钢梁自身的抗裂能力，在其满足设计要求的同时，符合规范中有关裂缝宽度或者抗裂度的要求。对于加入钢纤维的钢筋混凝土梁来说，当钢纤维的掺入体积率在1.0%～1.5%左右，并且受拉区的钢纤维混凝土层截面高度达到梁截面高度的30%时，就可很好的控制梁体开裂。同样，在受拉区的钢纤维混凝土层截面高度达到梁截面高度的30%时，其弯拉性能接近于全截面的钢纤维混凝土梁。

这主要是由于钢纤维可依靠粘结力在混凝土裂缝的尖端应力区产生一个反向应力区，缓解了混凝土裂缝尖端产生的应力集中，从而对裂缝的进一步发展产生了抑制，使得在荷载作用下的混凝土构件开裂滞后。钢纤维可与未开裂的混凝土共同承担开裂截面上方的部分拉力，从而减小了开裂截面上的钢筋应力，对于裂缝的进一步发展起着约束作用，有效提高了裂缝间混凝土的整体性及构件刚度。

四、结语

在建筑工程当中，裂缝问题是一个较为普遍的问题，由于很多因素可造成结构的开裂，因此，在进行建筑物的结构设计时，必须根据工程的地质环境条件、结构形式等相关因素，制定出有效的结构设计及裂缝控制措施。此外，还应加强对工程施工的监管，确保施工单位能够按照设计、规范严格执行，保证建筑物的安全及使用性能。

参考文献：

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[2]李宏.试论建筑工程结构设计中的裂缝问题[J].黑龙江科技信息，2012，（3）.

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