建筑结构设计中如何控制和避免混凝土裂缝问题

连宏刚

摘    要：建筑工程实施过程中一个关键的步骤就是结构设计，但在实际工程中混凝土构件由于某些因素影响，会出现混凝土开裂，当裂缝持续开展将会影响建筑结构的适用性和耐久性。这就需要结构设计人员必须重视这一问题。由此，本文就裂缝产生的机理进行分析，其后就结构设计阶段中对混凝土结构裂缝控制措施进行了探讨。

关键词：建筑工程;结构设计;裂缝问题;裂缝控制措施

1  前言

現代建筑多是采用钢筋混凝土结构，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适用性和耐久性，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。

2  混凝土构件中裂缝的类型及产生裂缝原因

实际的混凝土结构工程中，比较常见的裂缝类型按其产生时间汇总如下。

2.1  施工期间产生的裂缝

①温度应力裂缝：大体积混凝土中由于混凝土水化作用产生的水化热使内外混凝土产生温度差，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塑性收缩裂缝：是指在混凝土凝结前，混凝土养护不到位，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，，如图1所示;

③约束收缩裂缝：混凝土的收缩受到约束后产生的裂缝;

④因施工次序不当而造成的受力裂缝：比如实际施工过程，由于施工速度过快，每个施工层时间间隔过短，底层楼板拆模过早，混凝土强度还未达到拆模强度，其上几层的梁板及模板支架荷载全部传给了底层楼板，这些荷载远大于底层楼板设计荷载，因此会在板顶支座附近产生裂缝，如图2所示。

2.2  使用期间产生的裂缝

①地基不均匀沉降引起的裂缝：由于地基土本身不够均匀等因素，从而导致地基的应力分布也缺乏一定的均匀性，从而导致建筑地基不均匀沉降，在上部结构中产生附加应力，造成上部结构产生裂缝。②温度变化引起的裂缝：建筑物因气温变化，太阳辐射及使用热源等因素使所处的环境温度变化过大，建筑物过长，产生过大的温度应力，在应力集中的门窗洞口角部等部位出现斜裂缝;③钢筋锈蚀引起的裂缝：钢筋锈蚀使其体积膨胀，混凝土内部受压，产生沿着钢筋方向的裂缝，严重者混凝土保护层被剥落。④荷载作用引起的裂缝，由于自重以及外荷载作用超过设计采用荷载值，或是在设计阶段未验算裂缝宽度、未考虑裂缝控制措施，导致混凝土构件在拉力或弯矩作用下产生横向裂缝、在剪力作用下产生斜裂缝、在扭力作用下产生纵向裂缝。

3  结构设计中混凝土构件裂缝的有效控制和防治措施

3.1  控制温度应力裂缝、塑性收缩裂缝的有效措施

结构专业应与建筑专业密切合作优化建筑设计和结构布置，采取必要的结构和施工措施，结构的平、立面宜规则，各部分的质量和刚度宜均匀、连续，这样能够防止及控制由混凝土收缩产生的应力所导致的裂缝。

根据相关规范标准的规定控制建筑物的尺寸，大体积混凝土采用低热水泥，设计中增加施工工艺的要求（例如采用跳仓法施工、留置后浇带、加强养护）。

3.2  因施工次序不当而造成的受力裂缝的防治措施

此类裂缝防治措施如下：①适当放慢施工进度，待底层混凝土强度达到设计要求后拆模。②设计阶段就考虑施工工艺的需求，结合建设方、施工方施工方案，按照施工实际情况进行结构计算分析，并在楼板板顶附加支座负筋。

3.3  控制地基不均匀沉降、温度变化引起的裂缝的有效措施

对于较长的建筑结构， 在设计时可以考虑采取温度伸缩缝、沉降缝等将建筑物分成若干的结构单元。这样就能减小结构构件内部各种作用（例如温差， 混凝土收缩， 基础不均匀沉降等） 产生的拉应力。

3.4  荷载作用引起的裂缝的防治措施

措施如以下：①结构设计荷载取值时，应与建设方充分了解，综合考虑建筑功能及使用过程中的各种可能发生的荷载;还需充分考虑偶然作用和非设计工况所引起的效应，并在相应部位采取合理的裂缝控制措施。②构件受力分析中应按实际的边缘约束情况计算分析并验算裂缝。③严格按照现行的《高规》、《混规》等规范配置抗裂构造钢筋;配筋时对钢筋的选择也很重要，适当选用细直径钢筋、螺纹钢筋、小间距布置， 选用钢筋直径越细， 排列就越密， 与混凝土的粘结力就越好;选用螺纹钢筋，其和混凝土的粘接力更大， 可以有效地控制裂缝的生成和宽度。④改善混凝土的自身性能，在混凝土中添加微膨胀剂，钢纤维等抗裂剂， 也可以有效地防止混凝土构件的开裂。

4  预防为主，及时治理

结构设计作为工程的重要环节， 裂缝的控制在设计的过程中必须引起重视，因此设计时必须考虑周全。混凝土结构裂缝的出现并非只与设计阶段有关，施工阶段也会有裂缝发生。所以说设计交底也非常重要，图纸完成后，会同建设方、施工方、监理方就施工中需要注意的问题重点强调。特别强调科学养护，严格控制施工进度不能过快，且应提示在施工过程中，不得随意堆载，造成结构局部荷载过大，并就后浇带留置及混凝土后浇时间控制等明确提出要求。

对裂缝的防治过程中，提前做好预防准备固然很重要，但若出现裂缝时，更重要的是如何及时有效的控制和修复。相关的建筑产业就需要有一套相应的，专业的处理方案。根据其成因，以及所在构件的重要性，科学性有针对性的给出修复方案并付诸实施，确保构件、连接及结构在使用期内的可靠性，以保证该建筑的安全性。

参考文献：

[1] 魏广宁.浅析建筑工程结构设计中的裂缝问题[J].城市建设理论研究（电子版），2018（8）.

[2] 刘向东.建筑工程结构设计中如何避免裂缝问题[J].江西建材，2018（1）.

[3] 童海.建筑工程结构设计中裂缝问题的思考[J].住宅与房地产，2017（27）.

[4] 张可可.关于建筑工程结构设计中的裂缝问题探析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（15）.