建筑工程结构设计中如何避免裂缝问题

2020-01-18胡华成浙江恒泰建筑设计院有限公司

环球市场 2020年23期

胡华成浙江恒泰建筑设计院有限公司

当前国内建筑业在飞速发展，人们越来越重视建筑的质量，特别是建筑施工及使用中的结构裂缝的问题。在建筑中使用最广泛的材料是混凝土，由于混凝土建筑物结构的设计和其他特性，混凝土材料容易受到外界的影响，会导致建筑物结构出现裂缝，这些裂缝对建筑物的稳定性和安全性具有重大影响，甚至会影响到用户的人身安全。因此，为了提高整个建筑物的安全性和质量水平，相关施工人员需要处理好这些裂缝问题，做好预防。为了充分保证对裂缝问题的有效控制，建筑工程设计和施工应从合理的设计、实际施工条件、所用地质环境和建筑材料等方面入手，做好预防与控制。

一、裂缝的类型

（一）塑性沉降裂缝

在实际情况下，建筑的钢筋和模板等元素会影响混凝土骨料的沉降，造成塑性沉降裂缝。如果不按常规标准对模板进行绑扎施工，建筑结构中便可能会出现塑性沉积裂缝。塑性沉降裂缝是呈梭形，其中心较宽且两端较窄，经常发生在结构的可变横截面、梁板节点、梁柱节点和板肋节点处，裂缝深度通常达到钢筋的表面。因此，应控制此类裂缝需要控制水灰比、砂率和坍落度不要太大，对于横截面差异较大的组件，必须先浇注较深的部分，静置1-1.5h 后，沉降会稳定下来，然后再浇筑顶部。

（二）塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝通常在施工过程中形成，在混凝土浇筑过程中，混凝土暴露在外，并受到高温和强风等外部因素的影响，使混凝土材料更容易膨胀和收缩。当混凝土材料表现出塑性状态时，混凝土中的水含量进一步减少，混凝土材料硬化，并且在建筑物表面上形成塑性收缩裂缝。塑性收缩裂缝是随机分布的，彼此之间几乎平行，且裂缝之间的距离最小为几厘米，最大为几十厘米，这些裂缝最初往往很浅，逐渐发展成贯通裂缝。预防措施包括严格控制混凝土的水胶比、水泥量和砂粉量，并且必须采取措施以确保高温、强风和干燥天气下的施工质量。

（三）温度应力裂缝

温度应力裂缝主要受温度影响而产生，在实际的混凝土浇筑施工中，施工周期通常较长，在此施工期间，昼夜温差和室内外温差较大，混凝土结构表面的散热迅速，可能会出现热应力开裂问题。尽管这些裂缝看上去似乎不明显，但是它们对建筑物的稳定性和安全性的实际影响依然需要引起重视。

二、建筑工程结构设计要点

（一）板柱节点构造

在框架结构设计上，通常位于板柱节点部位的楼板在抗剪承受力、抗冲击能力等方面均较弱，倘若未能在柱体周围板中合理设置钢筋，易导致板柱节点传递不平衡弯矩，加大柱体周边的附加剪应力。为解决此问题，需采用有托板的板柱节点，将托板根部厚度控制在柱纵筋直径的16 倍左右，增强板柱节点的抗震性能与抵御风荷载的能力。同时，还可以在柱上板带中设置暗梁，用于提高板柱节点构造的稳定性。

（二）结构稳定性验算

当前主要采用SATWE 软件进行梁柱结构的计算，判断框架结构的实际受力状态，为建筑结构的质量与安全提供保障。依据该工程项目的各项技术参数，计算得出楼层层间最大位移比为1/1972，未超过相关规范中1/800 的标准；结合剪重比、等效质量系数计算结果可知，该建筑在X、Y 两个方向上的最小剪重比均>1.6%、等效质量系数均>90%，符合规范要求。

三、建筑工程结构设计中裂缝问题的防范措施

（一）结构的整体刚度控制

增强钢筋混凝土结构整体刚度控制有利于提高整个结构的稳定性，提高各构件的抗裂性与承载力，从而减少或避免裂缝的发生。而加强建筑形体以及构件规则性控制则有利于提升结构整体的变形协调能力，最终达到减少或避免混凝土裂缝的目的。在建筑结构设计时，一方面要考虑建筑的功能要求，另一方面还需考虑建筑结构的抗裂要求。要能根据具体要求设置剪力墙、适当增加结构支撑或是对局部构件面积进行调整，通过这些增强与巩固措施提升整体的设计与施工效果，有效防范混凝土裂缝的出现。

（二）加强力学裂缝控制

当前，常见的力学裂缝控制措施有填充法以及表面处理法。填充法就是指当混凝土结构出现宽度、面积较大的裂缝时，选择合适的填充材料对其进行填充处理，通过填充消除裂缝，确保整个建筑的安全稳定。表面处理法是指当混凝土结构中出现面积、宽度较小的裂缝时，可通过对表面的抹平处理来达到消除混凝土裂缝的目的。此外，如果混凝土结构中出现危害性较小的裂缝，如非膨胀性裂纹、没有引发漏水现象，裂纹深度较浅，此时就可应用涂片法消除裂缝，确保建筑内外部品质良好。

（三）有效改善建筑工程结构设计

通过不断改良建筑物的设计，可以显著降低混凝土产生裂缝的概率。例如，设计人员在考虑结构设计的时候可以选择中低强度的混凝土材料，也可以在承台表面增加钢筋的使用量；针对温度变化所形成的裂缝，在实际操作中，可以通过采用永久式的伸缩方式来避免因温度变化而形成裂缝。总而言之，相关人员需提前总结会导致混凝土出现裂纹的具体因素，并做好预先准备工作，让设计更加完美。

（四）做好预应力结构设计

在设计预应力结构时，需要对建筑物的几何尺寸、预应力钢筋的数量以及预应力结构的抗裂性进行综合分析。通常在设计中使用梁长度的1/15，根据现有的设计和施工技术水平，通常使用1/18～1/20，不仅可以减少钢筋数量，也可以减少建筑物本身的结构重量，但是必须根据相关规范和要求严格控制建筑结构的长度。如果建筑物的结构超出相关法律法规规定的限制，则需要在地下设置后浇筑区，并在地面上设置膨胀加强带。