建筑工程结构设计中裂缝控制研究

文／石佳佳 中国二十冶集团有限公司 上海 201900

引言：

裂缝作为建筑工程结构设计中出现频率较高的危险性问题，严重影响建筑工程质量，甚至会造成建筑变形、塌陷，所以优化结构设计方案，做好裂缝控制和修补工作，是下一阶段提升建筑质量的重要手段，也是促进建筑行业快速发展的重要举措。结合专业人员对裂缝问题的研究结果来看，工程质量受到裂缝种类，特征的影响，而实际建设过程中引发裂缝的原因又非常多，且最终造成的危害程度也有所区别，所以后期建筑结构设计必须高度重视裂缝相关工作，降低裂缝发生概率，促进建设质量的提升。基于此，本文重点研究建筑结构设计和实际施工中的裂缝控制问题，希望为后期发展带来帮助。

1、建筑结构裂缝类型

优化建筑结构，提升建筑质量，首先要了解建筑结构出现的不同裂缝类型。根据裂缝形成机理，将其分为两个基本类型:首先是由于受到外部扩大载荷和压力以及其他外力因素所影响而出现的裂缝问题。其次，由于结构形态改变所出现的裂缝，例如内部结构，温度或者湿度改变导致结构收缩异常导致的裂缝。

2、建筑工程结构设计的裂缝特征及危害

2.1 特征分析

结合当前建筑工程的发展情况来看，建筑结构裂缝包括横向裂缝，竖向裂缝等类型，但大部分裂缝表现为竖向结构，且裂缝长度和墙体高度基本保持吻合。常规情况下，裂缝中间位置的缝隙可能会更加宽阔，肉眼也可以观测到裂缝位置，但是随着裂缝的不断延伸，无论是宽度还是裂缝，深度都会有所缩减，一般建筑工程裂缝宽度不会超过0.3mm，仅有少数较严重的裂缝问题，宽度可能会更大，当然这种宽度更大，深度更深的裂缝处理起来也更加困难。除此之外，研究结果显示大多数的裂缝位置出现在墙体中间部分，墙体两侧部分也会有裂缝存在的可能性，但是实际工程中比较少见。分析发现，大多数裂缝的产生与温度和外部应力集中有着密切联系，建筑工程模板拆除后最容易发生裂缝问题主要是由于温度变化明显，内部结构可能会出现异常收缩。如果墙面或者墙体当中出现了严重裂缝，但未得到及时处理，那么裂缝会不断延伸，数量有所增加，但裂缝宽度改变的可能不大。由于实际建设过程中建筑墙面出现的裂缝问题比较复杂，且变化形式同样，所以更加要重视结构设计方面对建筑裂缝的控制，尤其是结合实际施工工程提出针对性的解决方案，尽快解决建筑施工裂缝问题，提升建筑施工质量。

2.2 危害分析

裂缝的出现严重影响建筑工程质量，具体表现在以下四个方面:（1）对建筑整体强度的影响。研究发现大多数的建筑工程裂缝问题出现在墙体表面，如果裂缝出现后，长时间内未得到修补或者整改，那么有可能会造成内部钢筋裸露，削弱建筑整体强度。具体来讲，墙面裂缝的出现会导致内部钢筋暴露，受到雨水暴晒等天气因素影响，钢筋质量严重下降，整体结构的建筑强度受到影响，同时会导致裂缝问题进一步加剧，而裂缝问题越来越严重，又会影响钢筋性能，形成恶性循环。（2）破坏建筑结构。建筑裂缝一般不会随着时间增长而出现宽度变大的问题，但是裂缝数量就会不断增多，且长度会不断延伸，尤其是大规模竖向裂缝会朝着不同方向移动，导致工程结构变形，影响建筑外墙质量。正常工程施工之前都会有设计师完成前期结构规划工作，确保建筑结构具有稳定性和安全性，但裂缝的大规模出现会导致受力结构变化，影响整体结构质量，严重时甚至会威胁居民的生命财产安全。（3）降低建筑工程的抗剪承载力。一旦建筑工程出现裂缝，无论裂缝出现在哪种位置或者裂缝尺寸大小，都会导致整体结构抗承载能力的下降，主要是由于裂缝影响抗剪性能的支撑面积。（4）其他类型危害。裂缝的出现除了对建筑工程质量带来不良影响外，还会导致许多不便，具体表现在居住体验方面。例如，裂缝问题的出现将会导致漏水，渗水问题的严重化，尤其是建筑天台裂缝的出现大大提升了顶楼居民住房漏水问题发生的概率。同时，裂缝出现影响建筑外观美观性。居民生活水平的日益提升促使民众的审美意识不断增强，与前期发展过程中仅追求建筑质量相比现代化居民对建筑的美观性也提出了较高标准，裂缝的出现会破坏原本的造型结构，影响美观程度。总结来看，建筑裂缝的出现将会带来许多不利影响，所以做好结构设计优化和裂缝控制工作具有重要性。

3、导致建筑工程结构裂缝的主要因素

3.1 塑性变形

随着建筑工程不断发展，各种新型建筑材料建设施工中的应用也越来越频繁，混凝土结构作为建筑施工的主体材料出现塑性变形的概率高，容易导致裂缝问题。分析发现大多数塑性变形问题出现在混凝土终凝阶段，主要是由于这个阶段刚刚完成混凝土浇筑工作，整体结构强度较小，受外界因素影响，更容易出现水分流失，尤其是遇到高温因素或者大风因素，表层水分流失速度更快，混凝土体积会出现明显收缩，从而导致裂缝问题发生。

3.2 刚度差异

科学技术的不断发展，促进建筑材料类型的多样化和建筑施工工艺的多样化，在现代化建筑工程发展当中，各种新型施工技术和工艺的应用代替了传统的预制多孔板，优点是提升建筑物的承载能力，确保整体结构设计强度符合建设标准，连续性较好。但现浇楼板相对于传统施工工艺来讲刚度更大，所以可能会出现既有墙体刚度下降，从而导致部分位置出现刚度突变，形成应力集中区域，导致裂缝问题发生。

3.3 温度应力

温度应力是导致建筑结构出现裂缝的最主要原因之一。实际建设过程中，混凝土材料自身容易受到温度因素的影响，出现不正常收缩，可能会出现混凝土变小，裂缝等等问题。除此之外，混凝土浇筑完成后，内部水泥水化热的温度很难完全迅速挥发，所以相对来说，内温度与外部温度可能存在较大温差，导致表面拉应力，内部压应力的出现，从而造成裂缝问题。最后，混凝土浇筑时间短或者振捣不足，也会在温度应力的影响下形成温度裂缝。

3.4 荷载因素

载荷因素是造成建筑结构裂缝产生的重要原因。常规情况下，混凝土浇筑和建筑结构施工工作有一定的施工周期，且在正式施工之前会有技术人员提供完善合理的施工养护方案，但实际施工过程中受到多种原因影响，混凝土质量会不可避免的出现下滑，这种情况下一旦发生外部载荷集中或者载荷数值升高就有可能导致裂缝出现。结构设计人员对整个建筑结构所能承载的外部载荷有明确的数值规定，但实际使用过程中，很有可能出现载荷力数值略高于建筑本身承载能力的现象，所以为了减少这一情况发生的概率，设计人员会选用高强度材料，提升建筑结构的整体强度，并选择本身具有耐腐蚀和耐高温的材料，避免外部空气湿度所带来的不良影响，从而提升建筑使用寿命。

3.5 施工质量因素

施工质量因素是建筑施工过程中不可避免的会导致裂缝发生的最主要因素，不仅与整个建筑的稳定性和安全性有直接关联，而且也会影响建筑经济效益和社会效益。结合实际建筑施工来看，导致建筑施工质量出现问题的原因非常多样，包括结构设计方案的合理性、建筑施工人员的专业素质和综合素质、建筑施工材料优劣等等影响因素。设计单位和施工单位想要从根本上解决建筑施工质量问题、提升建筑施工质量、减少裂缝出现概率最主要的是要提升自身施工团队的专业水平、选择优质材料、提高建筑物抗裂能力。一旦建筑施工团队并未完全遵循混凝土施工标准，完成配比工作和融合作业，就可能导致混凝土配比不合理，自身出现严重的干缩，这种问题的出现会大大提升建筑结构开裂问题发生的概率。除此之外，建筑钢筋结构施工质量也会在一定程度上影响建筑施工质量和裂缝问题。正式施工作业之前，技术人员会进行地质考察和建筑环境考察，明确建筑高压受力区域的具体情况，如果在检查过程中发现钢筋区域存在问题，那么会导致整个受压区发生不正常波动，这种情况下，为了更好的完成保护工作，混凝土本身建设强度会有所提升，而这也会导致裂缝问题的发生，且所造成的不良后果更加严重。

4、建筑工程结构设计中的裂缝控制措施

4.1 温度裂缝控制措施

温度裂缝的出现主要受到温度应力的影响，所以在建筑结构设计的裂缝控制方面提出以下控制措施:（1）做好合理的温度控制工作，尤其要重视保温层施工工作。现代化建筑施工均包括保温层施工，但由于此项技术发展并不成熟，所以在实际施工过程中不免受到多种因素影响，因此更加需要技术人员结合实际施工情况，合理安排保温层施工工作。保温层施工中间会存在间隔，为了避免间隔位置裂缝问题的出现，施工单位应该结合天气因素，选择温度更加合理的季节进行施工，尽量避开温差较大的环境。另外，相对恶劣的天气环境下进行施工更要注重温度控制，炎热天气可通过冷水管、碎石冷却降低浇筑温度等方式减少内外部温差；（2）做好结构设计，预留收缩缝。混凝土施工完成后本身会存在一定的收缩，留出合理空间可以提供自由收缩保障。也可以选择填充弹性材料，提升温差适应力的方式减少裂缝问题。（3）合理控制模板拆除时间。模板拆除阶段，混凝土容易受到外界温差变化的影响而出现裂缝，所以技术人员应根据天气因素选择合理的模板拆除方式和时间，低温环境下应选择保温操作、高温环境下可通过预埋冷水管的方式进行降温。（4）改善相关约束条件。为了提升混凝土施工质量，确保抗裂性能，施工单位应提前做好施工安排，明确各施工区域的侧重内容，避免过多的混凝土暴露问题，并在完成混凝土浇筑后进行保养。

4.2 沉降裂缝控制措施

对于工程结构设计出现的沉降裂缝问题，通过以下措施进行控制:（1）确保沉降缝的合理性。以现阶段的工程技术施工水平来讲，完全避免施工沉降现象是不可能的，所以确保沉降缝合理性就非常重要。对于实际建设过程中所遇到的不同形状，不同载荷压力的建筑地基要预留出不同的沉降缝，避免不同沉降问题的发生。另外，浇筑圈梁要避开沉降缝断开处，而且要求技术人员做好相应的清洁工作，避免杂物和灰尘进入。（2）加强建筑结构刚度和抗剪强度。对于建筑施工工程来讲，想要提升建筑施工质量，减少裂缝问题发生的概率，首先要重视结构强度和稳定性的提升，尤其是对于有可能发生沉降不均匀的区域进行结构调整，做好圈梁安装，尤其是地面和楼层门窗处。另外，合理控制浇水频率，确保灰缝内的砂浆饱和度符合建筑施工标准，从而提升整个墙体的抗剪性能，降低裂缝发生频率。（3）做好地质环境和水文环境勘察工作。随着建筑施工规模的不断扩大，越来越多的建筑工程施工地基环境呈现了更加复杂的形势，对于这些地基来讲，地质环境的勘察工作尤为重要，技术人员应在地质勘察后进行书面报告并标记较软弱的地基位置进行加固处理，确保建筑物的承载能力符合建筑施工标准。

4.3 干缩裂缝控制措施

对于干缩裂缝来讲，提出以下控制措施:（1）选择收缩力较弱的水泥产品，在不影响混凝土质量的前提下减少水泥用量。水灰比是否合理是后续建筑结构是否会出现干缩问题的主要影响因素，分析实际情况发现施工所使用的水灰比较大，发生干缩的概率也会有所提升，因此建议在进行混凝土比例调配时减少水泥用量，并适量添加减水剂。（2）做好和施工人员培训，提升工作人员的专业水平，帮助施工人员充分认识混凝土搅拌时用水量与实际配比工作的关系。按照标准来讲，混凝土搅拌的实际用水量应略小于配合比的给定用水量。另外，混凝土搅拌时可加入一定量的缓凝剂，从而降低浇筑速度，便于混凝土水化热的快速散发。需要注意的是，混凝土施工完成后，要进行长期的养护工作，如果处于冬季施工阶段，则要通过覆盖保温层的方式延长保温时间；夏季施工阶段则要通过加入冷水或者安装这样设备的方式降低搅拌和浇筑温度，并且在浇筑完成后，多次进行洒水养护。

4.4 钢筋裂缝控制措施

造成建筑结构裂缝问题的原因非常多，但是对于材料本身性能所造成的裂缝问题往往更难解决，所以为了确保钢筋腐蚀问题所导致的裂缝问题能够有效解决，应提升混凝土的抗裂性能，例如在钢筋混凝土当中添加适量的钢纤维，提升混凝土抗拉性能，降低负载力等方式。但是需要注意的是，钢纤维的使用必须按照施工规范进行。另外考虑到实际建设施工当中所使用的建筑材料类型非常多样，而不同材料的变形也存在差异，所以提升建筑结构设计合理性综合进行应力控制分析，有利于减少裂缝问题发生。

5、建筑工程结构设计中的裂缝处理方法

5.1 修补法

对于已经出现的裂缝问题要及时处理，避免后续危害扩大，修补法作为建筑裂缝常用的处理方法，应用频率较高。修补法对于正常的建筑结构裂缝具有较好的修补效果，同时能够进行一定的防护，具体修补时使用泥浆，油漆或者沥青等材料在裂缝表面进行涂抹，难度系数并不高，且实际施工也比较快捷。

5.2 封堵法

封堵法在建筑结构使用频率也相对较高，但是这种方法更适用于已经影响正常结构使用的裂缝问题。根据施工方法的不同，可以分为灌浆法和嵌缝法两种。灌浆法更适合用于对建筑结构防水性要求较高的裂缝，技术人员通过高压装置将材料灌入裂缝，等待一段时间后，材料会出现硬化，然后与混凝土相融合，从而解决裂缝问题。目前较常用的灌缝材料包括水泥浆和聚氨酯。嵌缝法沿着建筑裂缝将塑性材料嵌入裂缝当中，经常使用橡胶作为堵缝材料。

5.3 置换法

虽然随着建设技术的不断发展，实际工程中所应用的高新技术以及材料类型越来越多，但是目前我国大多数建筑结构仍然以混凝土结构为主，主要是由于混凝土结构具有较好的强度，硬度，且施工成本并不高。需要注意的是，混凝土结构虽然有多种优势，但是也是最容易出现裂缝的一种结构，如果后期混凝土质量检测过程中发现混凝土本身存在严重的损坏或者性能下降的问题，可通过置换法进行抗裂性能提升。置换法主要是通过更换或者去除质量不佳的混凝土材料重新进行材料添加的一种裂缝处理方法，常用的材料包括水泥砂浆和混凝土。但是相对其他方案来讲，置换法成本高。

结语：

综上所述，本文分析建筑结构裂缝类型，了解裂缝特征和裂缝所带来的不利影响，分析导致裂缝的主要原因，并提出整改措施，要求技术人员应按照实际建设施工的需求，结合建筑裂缝的类型和特征，提出针对性的解决措施，提升建筑结构稳定性。同时，本文提出修补法，封堵法，置换法等多种裂缝处理方法，有利于后续建筑团队提升建筑工程的施工质量，促进建筑行业的快速发展。