浅谈建筑结构设计中的裂缝原因及解决对策

2018-02-15卢泽

建材与装饰 2018年50期

卢泽

（中信建筑设计研究总院有限公司湖北武汉 430014）

引言

现代建筑多是采用混凝土结构，裂缝的存在无法完全避免，如何对裂缝进行有效控制和处理是工程技术人员需要深入研究的课题。裂缝的存在会对建筑结构的稳定性和安全性产生威胁，也会影响到建筑工程的质量，而想要对裂缝问题进行解决，必须了解其类型和成因，针对裂缝的性质，采取切实可行的应对策略。

1 建筑结构设计中裂缝的类型

建筑结构设计中，比较常见的裂缝类型有几种：①沉降收缩裂缝，主要是由于地基土质不均、含水量大或者回填不实等因素引发的不均匀沉降导致，也可能是模板本身刚度不足，支撑间距设置不合理，尤其是在冬季，如果模板支撑在冻土层，当温度上升时，冻土解冻就会产生不均匀沉降，这就可能会引发混凝土结构开裂问题；②塑性收缩裂缝，是指在混凝土凝结前，表面失水过快引发结构体积的急剧收缩，在收缩应力超过混凝土抵抗强度时，就会导致结构表面开裂。一般情况下，塑性收缩裂缝多出现在大风或者干热天气；③温度应力裂缝，通常出现在大体积混凝土或者温差变化较大的区域，主要是因为混凝土产生的水化热积聚在结构内部无法及时散发，导致内部温度急剧上升，结构表面则散热较快，过于强烈的内外温差导致混凝土结构内外膨胀收缩程度不同，由此产生的拉应力如果超出了混凝土本身的抗拉强度极限值，就会导致混凝土结构裂缝的产生。

2 建筑结构设计中的裂缝原因分析

2.1 温度应力的影响

在建筑工程之中，温度应力则是影响建筑工程结构出现裂缝的关键因素，但是引发温度应力出现变化的原因，主要集中在建筑工程的约束应力与自生应力之上。建筑结构内外温度之间的差异，会导致建筑结构物出现自生应力，经常性的会发生在部分尺寸相对较大的构件之上。在早晚温差过大或混凝土表面受热不均，那么建筑物的自生应力就会逐步的引发裂缝的出现。另外在实际设计方案中，既没有设计相应的保护措施，也没有注明预防温度裂缝的内容，只是按照施工人员自身的实践经验控制温度裂缝。

2.2 贯穿裂缝的影响

贯穿裂缝的出现主要是因为混凝土发生大范围的形变，再将水泥和水混合在一起会出现大量的热，但是在塑性的阶段之中，由于温度的慢慢变高，所以弹性模量相应的就会变小，但是变形而引发的应力相对较小，因此可以直接忽略不计，但是，在混凝土温度降低的过程之中，混凝土会出现形变，水分蒸发会导致混凝土体积出现收缩而发生形变。建筑结构由于受到地基和空间因素的限制，从而导致应力的出现，但是大于自身可以承受力度的情况之下，就会出现贯穿裂缝。

2.3 钢筋腐蚀的影响

对于钢筋而言，其是保障整个建筑工程项目结构稳定的重要材料，表面会有一层混凝土的保护层。由于混凝土保护层的质量和相应的标准不一致，那么钢筋就会和氯化物以及二氧化碳产生反应。另外针对建筑结构设计中，需要分配结构材料的使用，材料属于结构设计的基础部分，容易影响建筑结构的基础稳定性。例如：建筑结构中的钢筋材料，如果设计不合格、不规范就会引起碳化锈蚀的问题，钢筋碳化直接影响周围的密实环境，破坏了混凝土的完整性，混凝土开裂后暴露了内部的钢筋，促使工程裂缝处于恶性环境中，严重时可能引起安全事故。

3 建筑结构设计中出现裂缝的解决对策

3.1 使用有效的温度裂缝控制

首先要对混凝土结构进行合理选择，根据工程实际情况及相关标准要求，确定工艺形式，做好细节控制。在此基础上，需要全面考虑各方面影响因素，提前采取有效的应对措施。首先对结构裂缝影响较大的温度裂缝问题，在结构规划布局过程中，设计人员应遵循简单实用的原则，避免出现较多的不规则结构，包括结构凹凸变化等。如果存在不规则结构，在温度的影响下，更容易出现裂缝。同时应合理设计混凝土结构每部分的尺寸，在保证满足设计规范要求的基础上，尽可能减小温度伸缩和建筑结构长度的差距，使材料变形控制在一定范围内，避免因温差引起的拉应力导致材料变形过大，产生结构裂缝。

3.2 控制施工材料的质量

水泥品种的选择是防止混凝土裂缝的关键。因此，应尽量选择水化热低、干缩性小、抗裂性好的水泥作为原材料，如粉煤灰水泥等。同时，也要挑选品质较好的骨料，即选用洁净、级配良好的砂石骨料；严格控制活性骨料和骨料的含泥量；尽量使用中砂或粗砂，不宜使用细砂等。所以设计师可以对照建筑工程结构设计方案，提前审核匹配的材料，及时发现不符合性能标准的材料，联系厂家进行调换，确保工程材料与结构设计相符，通过控制材料设计保护材料的质量，排除材料对建筑结构的裂缝干扰，处理结构设计中的裂缝问题。

3.3 确保结构尺寸设计的科学合理性

以往在工程实践活动中，出现结构裂缝问题的主要原因是前期的结构设计不合理。设计人员没有按照要求，到施工现场进行考察，对使用的材料也不够了解，单方面的按照相关标准规范要求进行设计。在这种情况下，建筑结构尺寸与现场实际限制条件不符，一方面容易影响施工的正常进行，另一方面也容易因盲目施工而引发结构质量问题。因此，在工程结构设计活动中，需要尽可能详细的采集现场数据，到实地进行考察和测量，合理建立建筑结构标准刚度体系，根据实际情况设计各部分的尺寸。

3.4 规范结构受力设计

建筑结构设计中，应该加强受力平衡的控制。建筑结构受力设计中，应以建筑整体为原则，维护结构受力的规范性。建筑设计师应熟悉掌握结构的基本受力原理，保持受力分析与受力图的一致性，明确建筑结构的内外效应。建筑结构受力设计中，需要注重强度、刚度及稳定性，例如：某20层办公楼结构设计中，设计师提高了构件抵抗力学破坏和抵御变形的能力，通过构件消除受力不足造成的结构裂缝，促使构件在外力干扰的作用下，保持原有平衡的状态，由此即可规范建筑结构的受力平衡，预防受力不平衡引起的深度裂缝。

3.5 优化混凝土设计

建筑工程结构设计中，将混凝土设计作为一项重点，全面优化混凝土的结构设计。以某建筑工程混凝土结构为例，分析优化设计的途径：①该工程混凝土的抗拉、抗剪等指标满足规范要求，着重设计易出现裂缝的部位，该工程加强了构件的配筋，用于提升钢筋混凝土的抗拉强度，降低了混凝土开裂的几率；②该工程结合地基勘察结果，进行优化设计，消除地基沉降引起的附加应力，通过加设钢筋防止开裂，同时优化钢筋的数量和分布，确保混凝土结构的整体性；③该工程细化了混凝土浇筑设计，目的是防止水化热引起热胀冷缩，完善混凝土结构。混凝土在建筑结构设计中起到决定性的作用，也是裂缝多发部分，所以建筑结构设计中必须强化混凝土设计，保障建筑工程结构设计的可靠性。