建筑结构设计中的裂缝原因分析及改善措施

姜 巍 郜志远

（中机国际工程设计研究院有限责任公司 湖南长沙 410007）

引言

随着建筑行业的不断发展，人们对建设施工过程中出现的问题也越来越重视，尤其是关于建设施工中结构的裂缝预防问题。建筑结构中所存在的裂缝现象会对使用的安全性以及耐久性等产生不同程度上的影响。在建筑工程中，裂缝问题与结构设计有着很大的相关性。为了有效的控制裂缝问题，在建筑工程结构设计过程中必须要以工程实际的地质条件为依据，据其结构形式，不断对结构设计进行优化，并且制定完善的裂缝防治措施。另外强化工程施工监管制度，保证施工单位依照规范制度严格执行，从而提高建筑物的使用性能，促进建筑业的发展。

1 建筑工程结构裂缝的危害

1.1 整体强度减弱

当建筑工程结构在设计中出现裂缝时，建筑工程的整体强度将会被直接影响，裂缝会使混凝土的钢筋暴露在建筑表面，钢筋更容易受到水和空气等外界因素的腐蚀而质量下降，建筑工程项目强度也随之下降。而且，建筑工程结构强度的下降还会加重裂缝问题，使建筑工程出现恶性循环，建筑物的耐久性逐渐变低，影响建筑物在工程后期的使用性，减少建筑物寿命。

1.2 建筑刚性减弱

在建筑工程设计结构出现裂缝问题后，裂缝截面位置中总会发生不同程度的上移，这种上移现象会影响建筑工程的整体结构设计。而裂缝不断加宽，会导致建筑内部结构严重变形，降低了建筑物的刚度性能，使建筑物不能长时间承受高压作用力，降低了建筑工程项目整体结构的疲劳度。

1.3 建筑工程结构抗剪承载力减弱

裂缝问题除了对建筑整体强度和建筑刚性有影响外，还会降低建筑工程项目结构的抗剪承载力。裂缝的出现，支撑抗剪作用的截面面积越来越小，建筑工程的抗剪力就会下降，建筑工程的抗剪承载力变低时，建筑物会更容易出现程度不同的裂缝问题，使建筑工程结构的完整性被严重破坏。

2 建筑工程结构设计中裂缝问题产生的原因

2.1 温度应力影响

在建筑工程中，温度应力是建筑工程结构设计产生裂缝的主要原因，而温度应力出现变化主要是由于建筑工程存在自生应力和约束应力。建筑物结构内外温度不同使得建筑结构自身产生的温度应力是自生应力，常出现在一些尺寸较大的构件上。当早晚温差变大或者混凝土表面散热率不均匀，建筑物就会产生这种自生应力使建筑工程表面出现裂缝。例如建筑工程施工中，施工人员按照要求对混凝土浇筑后，水泥内部热量比混凝土表面温度散发速度慢，混凝土内部结构和外部结构出现显著的压力变化，导致混凝土撕裂变形，出现裂缝。

2.2 贯穿裂缝的影响

贯穿裂缝的产生主要是由于混凝土产生大规模形变而引起的。在水泥跟水融合的反应过程中会产生大量的热，而在塑性的过程中因温度不断升高所以弹性模量小，而变形所引起的应力较小所以温度应力完全可以忽略不计的，但是随着混凝土温度的逐渐降低，硬气的形变以及混凝土中的水分蒸发流失都将造成混凝土体积收缩进而发生形变。建筑结构因为遭到地基以及空间的制约将会引起拉应力的产生，而当这个力度超过了所能承受的极限时就会产生贯穿裂缝。

2.3 钢筋腐蚀影响

钢筋是在建筑工程项目结构设计中确保总体结构稳定的关键性材料，其表面会有一层混凝土保护层。因为混凝土保护层的质量不达标，钢筋会与二氧化碳、氯化物直接接触发生反应。同时施工人员对钢筋进行混凝土浇筑，虽然可以提升建筑墙体的结构刚度，但也使混凝土外层的氧化膜受到破坏，使钢筋被氧气、水侵蚀。当钢筋出现锈蚀问题时，钢筋与混凝土之间的握裹力就会降低，在建筑物整体结构上就会出现其他新的裂缝。

3 建筑结构设计中控制裂缝的措施

3.1 结构的平面布置

应当确保建筑结构平面布置的规则性，避免平面布置形状出现突变的情况。在平面存在凹口时，应当在凹口部位的边缘设置拉梁，凹口周边的楼板应当适当的加厚并且对配筋进行强化，楼板的负筋应当拉通。此外还应该按照相关规范和要求对建筑结构的长度进行控制，在建筑结构的长度超过相关规范规定的数值时，地下部位设置后浇带，地上应设置膨胀加强带。后浇带通常设置在梁和楼板的1/3宽的位置，宽度应当在800～1000mm范围内。加强带宽度一般为2000mm，带两侧布置密孔钢丝网，以此将带内混凝土与带外混凝土分隔开，钢丝网垂直布置于上下层（或内外层）钢筋之间，并用钢筋加固。膨胀加强带带内增设15%水平温度钢筋，水平温度钢筋均匀布置在上下层，内掺12%的膨胀混凝土后，且混凝土强度等级提高一级。后浇带及加强带的设置应当将梁、墙和板完全的分开，钢筋仍然应该连续的配置。在房屋长度超过规定的的数值比较大的情况下，应当进行变形缝的设置。在建筑物群房和主楼的高度相差比较大的情况下，需要在主楼和群房之间进行沉降缝或者是后浇带的设置，这样能够有效的避免或者减少因为基础沉降而导致的裂缝的产生。

3.2 混凝土构件厚度

由于钢筋锚固和耐久性等因素的影响，必须对现浇构件的最小厚度进行合理的限制，对于现浇楼板的厚度应当选择≥L/30-L/40（L为板的计算跨度），通常民用建筑不应当低于100mm，根据实际发现，楼板的厚度在比较薄的情况下可能会出现收缩裂缝，因此必须结合实际情况根据相关规范和要求对其最小厚度进行科学的限制。

3.3 混凝土强度等级选用

建筑结构通常属于大体积混凝土，建筑结构的梁和楼板的混凝土强度应当保持一致，宜选用中级。在建筑结构的墙和柱的混凝土等级高于梁和板时，节点核心区的混凝土强度的等级应当与柱和墙保持一致，在梁和柱混凝土强度等级不同的情况下节点的做法见图1。现浇梁与楼板的混凝土强度等级应当保持一致性。在柱和墙的混凝土强度等级大于梁和板的混凝土强度时，节点核心区的混凝土强度等级应与柱和墙相同，梁和柱混凝土强度等级不同时节点的做法见图1。

图1 梁柱节点混凝土强度处理

3.4 配筋设计

对建筑结构构件应根据裂缝控制配筋，尤其是大跨度梁板需特别注意。屋面板的结构配筋宜采用双层双向通长配筋，在楼板阴阳角变形应力集中的部分应增加设置放射钢筋。对于板的受力钢筋的配置应当按照直径下、间距密的原则，从而对构件的裂缝进行适当的减小。必须严格按照相关规范进行配筋设计和间距的设置，进而对混凝土结构的裂缝进行有效的控制。通过情况下混凝土在自然状态下，其复合材料包括水泥、水、砂、石等外加剂和掺合料在物理和化学作用下成分逐渐硬化为多孔的复合材料，由于初始温度收缩应力引起的许多内部微裂纹，在外力作用下裂纹逐渐扩展。而混凝土的宏观裂缝，继续快速膨胀导致破坏。对于钢筋混凝土，尤其是加固后的钢筋混凝土结构，出现裂缝不会瞬间破坏，其会在较短的时间内限制裂缝的宽度。因此，在混凝土施工时钢筋的施工就显得非常重要，其能够有效地控制裂缝的出现和限制裂缝延伸。

4 结语

总之，不同成因产生的裂缝问题一直困扰着我国建筑工程的整体结构设计，阻碍着我国建筑业的发展。由分析可知，设计师通过合理布置建筑物平面，合理安排门窗，对原材料提出精确要求，严格把控混凝土的浇筑质量，合理设计建筑结构等方法大大减少了建筑工程结构设计中的裂缝问题的出现，加强了建筑物的刚性和抗剪承载力，提高了建筑物整体强度，也推动了我国建筑行业的进一步发展。

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