建筑结构设计出现裂缝的原因及对策探析

康利慧

摘要：建筑工程结构设计能够直接影响建筑使用安全，做好结构设计是指导施工的重要前提。而在设计过程中裂缝问题较为常见，其会对建筑建设质量产生严重的影响。因此，本文对建筑结构设计环节裂缝问题出现的原因进行了分析，提出了解决对策，以具体工程案探讨结构设计的优化路径，期待为同类项目建设提供参考。

关键词：建筑  结构设计 裂缝原因  解决对策

Causes and Countermeasures of Cracks in Building Structure Design

KANG Lihui

（Hebei Vali Electric Power Design Co.， Ltd.， Shijiazhuang， Hebei Province， 050400 China）

Abstract： The structural design of architectural engineering can directly affect the safety of building use， and good structural design is an important prerequisite for guiding construction. Cracks are more common in the design process， which will have a serious impact on the quality of building construction. Therefore， this paper analyzes the reasons for the occurrence of cracks in the design of building structures， puts forward countermeasures， discusses the optimization path of structural design with specific engineering cases， and looks forward to providing reference for the construction of similar projects.

Key Words： Architecture; Structural design; Causes of cracks; Countermeasures

在建筑工程建设阶段，结构设计十分关键。因为建筑结构复杂，设计过程涉及的内容相对较多，如果设计存在质量问题，就有可能造成建筑裂缝的出现，不但威胁施工人员的安全，而且还会影响建筑后期的使用。所以，相关人员应从结构设计裂缝出现的原因入手分析，探索结构设计优化路径，改善结构设计质量，解决建筑裂缝问题，为建筑工程效益的提升奠定基础。

1  建筑结构设计裂缝问题原因分析

1.1  温度应力因素

建筑结构出现裂缝，温度应力属于关键影响因素之一。因为建筑施工环节如果环境温度出现变化，就会导致结构内外之间产生温度差，建筑自身应力增加。如果建筑体型庞大，构件结构较大，在施工阶段，大多选择混凝土材料，水泥水化会产生热量，结构温度升高，受到温度变化影响，也会导致混凝土结构受到应力不均匀，进而出现裂缝问题。除此之外，混凝土、砖砌体二者之间膨胀系数不同，如果温度差异过高，就会导致建筑结构出现裂缝^[1]。

1.2  荷载因素影响

当前，部分建筑都是钢筋混凝土结构，由于建筑本身重量造成的荷載，也有可能产生结构裂缝。根据建筑设计结构设计标准，我国大部分建筑设计过程中，混凝土强度设定相对较高，结构荷载大，因此可能由于结构荷载问题，导致裂缝出现。

1.3  贯穿裂缝因素

如果建筑结构出现变形，混凝土结构就可能产生贯穿裂缝。因为水泥水化以后会产生高温，在结构塑形阶段温度逐渐升高，弹性模量低。应力相对较小，发生变形的可能性也相对较低。但是当混凝土结构的温度下降时，就会出现变形问题。与此同时，混凝土体积也有可能受到水分蒸发因素的影响而收缩，受到地基、结构空间多种因素影响，建筑结构整体应力发生变化，如果应力值超出建筑承受范围，就会出现贯穿裂缝，因此需要通过地质勘察，根据勘察结果，展开方案的设计。

1.4  地基沉降因素

在建筑结构当中，地基是基础下层结构，直接承受建筑上方荷载，在建筑结构设计过程中，保证地基的稳固是上层建筑结构稳定的重要前提。如果地基出现沉降，极易造成裂缝问题。部分建筑在完工以后，地基出现大幅度沉降，或者经过长期使用，基础出现不均匀沉降，若沉降量超过建筑结构承受限度，即可导致结构被破坏，最终出现裂缝，难以正常使用。所以，在结构设计方面应该做好地基结构设计，预防沉降问题发生。

2  建筑结构设计裂缝问题

2.1  温度裂缝的控制

针对温度因素导致的建筑结构裂缝问题，设计人员可采取如下几方面控制措施。第一，对于施工过程进行全面监督，重点管理容易出现裂缝的结构，保证设计科学合理。与此同时，还需要对施工材料、施工内容进行全面控制，按照建筑施工需求，对于保温材料进行合理选择，防止建筑结构的内外温差过大，产生结构裂缝。第二，在施工阶段，考虑到混凝土凝固所需时间相对较长，所以混凝土工程施工可选用低水化类型的水泥，按照施工现场实际温度，拌制混凝土材料，预防材料问题导致的结构裂缝。第三，如果结构已经出现裂缝，需要施工人员及时处理，利用补强法对混凝土裂缝进行处理，节约成本，保证施工进度。除此之外，还需要对现场及时勘察，制订施工计划，保证建筑结构的安全性。

2.2  预防荷载裂缝

针对后载问题导致的建筑结构裂缝，为了规避此情况发生，需要在建筑顶层设计保温层，还可设计隔热层，避免建筑内外墙体之间温差过大，出现温度裂缝。建筑设计同样如此，设计方案当中应该明确结构的隔热和保温方面的需求。同时，在建筑墙体之间可借助伸缩缝设计，防止墙体结构伸缩对于整体结构造成影响。在建筑施工阶段，可合理使用模板，为了提高模板周转效率，可在处于特定荷载力环境之下时拆除模板，这样能够及时发现裂缝。要规范施工流程，保证建筑结构能够具备充足的支撑力，以降低结构裂缝出现的概率。

2.3  严控设计质量关卡

建筑结构设计质量是裂缝问题控制的核心所在，因此，设计人员应该严格把控结构设计关卡，具体可从如下几方面入手。

第一，确保建筑结构的尺寸设计合理。建筑设计阶段，设计人员需要深入现场，采集相关数据，通过实地考察，保证设计内容和真实情况相符。特别是在建筑受力结构的设计方面，应该严格按照整体性原则，不断提高结构受力的科学性。需要设计人员对于建筑结构的受力原理展开分析，保证结构受力图、受力分析内容的一致性。无论是建筑内部结构设计，还是外部结构设计，都应该保证刚度稳定。比如：要设计办公楼，层数20层，在结构设计方面，应该考虑结构对于变形问题的适应能力，解决受力不足问题，以降低结构裂缝出现的概率，防止建筑构件受到外力干扰，整体能够保证平衡状态，预防因受力不平衡而出现裂缝问题。

第二，合理设计预应力结构。预应力结构的设计需要考虑多方因素，包括建筑几何结构、钢筋材料使用和预应力特点等。通常按照梁长1/15来设计，部分设计人员为了节约成本，还可能选择梁长1/18，这种结构设计方式能够减轻建筑自重。建筑物平面结构设计应尽可能选择规则设计方式，规避不规则凹凸口的出现，如果不可避免地出现了凹凸口，还可在该结构边缘设置拉梁或者增加周围楼板厚度，提高配筋率等，提高结构的平稳性。在结构设计阶段，应该严格按照建筑规范和实际情况，对建筑结构整体长度进行把控，注意不可超过规定值，避免出现设计缺陷。在建筑地下结构设计时，还可选择后浇带，注意其宽度应在2m之内，将后浇带内部混凝土与外部混凝土分隔开来，在其中设置密孔钢丝网，并选择钢筋固定周围结构。在膨胀加强带内设置15%的温度筋，内部添加膨胀混凝土。如果建筑结构设计过程中房屋长度超过规定要求，可以在合适的位置设置变形缝，或者后浇带、沉降缝等，能够有效控制裂缝问题^[2]。

第三，合理设计混凝土结构，针对建筑容易出现裂缝的位置重点采取优化设计措施。具体而言，可利用加强件，提高钢混结构强度，预防结构开裂。具体勘察阶段，如果发现地基容易出现沉降问题，可对钢筋进行合理设置，提高地基強度。针对混凝土浇筑施工，由于水泥的水化热问题导致的胀缩裂缝，应该对混凝土配比进行优化设计，提高结构整体质量。

2.4  控制地基沉降裂缝

针对基础不均匀沉降问题导致的结构裂缝，需要设计人员通过如下措施进行处理。第一，建筑结构设计阶段，应该对建筑沉降、冻土地基、窗间墙等结构进行全面分析，展开地质勘察，按照勘察数据，合理选择设计方案。第二，建筑结构设计阶段，设计人员应该确保结构整体合理，具有规则性，预防结构裂缝出现。第三，适当设计沉降缝，根据建筑抗震设计要求，布置圈梁，将地基强度有效提升，使建筑沉降处于可控范围之内。第四，针对软土地基，在结构设计方面，还可采取特殊措施进行加固，改善地基不均匀沉降的问题。

2.5  控制选材和施工流程

建筑物设计阶段，材料选择质量把控十分重要，特别是混凝土材料，要保证材料质量。部分建筑需要利用大体积混凝土结构，此时可以选择低水化热矿渣水泥，对于泥浆粘稠度进行合理调配，提高混凝土抗拉性能。同时，还可向原材料当中添加防裂剂，尽可能使用抗裂性强、水热化比低的材料，粉煤灰水泥就是一个良好的选择。在骨料的选择方面，应该控制其净度和级配程度，对于活性骨料含泥量进行有效控制，减少细砂材料的用量。同时，设计人员还需根据建筑结构的设计要求，对于材料质量进行全面审核，如果材料和规范要求不符，或者和结构设计要求不符，应该及时更改，通过材料控制，预防结构裂缝。

施工阶段中导致结构裂缝的影响因素相对较多，如气温、风速等环境问题都会影响建筑结构质量。如果环境温度高，可设计分层浇筑工艺指导施工过程，预防高温对于结构产生影响。此外，还可设计埋水管，通过物理降温措施，确保混凝土结构的水分含量。设计阶段还应该考虑到钢筋结构具体位置，要求混凝土浇筑不可对钢筋结构造成破坏，避免影响到建筑整体的稳定性。如果涉及大体积混凝土施工，还需要对混凝土梁、混凝土板浇筑强度进行整体把控，选择同等强度的混凝土浇筑梁、柱等结构^[3]。

3  工程实例

3.1  工程概况

本项目为高层写字楼建筑，建筑长度76m，宽度28m，地上结构19层，地下结构2层，地上结构为钢混框剪结构，主体使用商品混凝土，楼面利用现浇工艺施工，结构存在转换层。在施工阶段，发现轴梁位置有裂缝出现，经过现场调查，建筑梁跨度在9.9m，分析结构裂缝发生原因，找到解决措施十分必要。

3.2  结构裂缝成因

根据工程情况展开分析，混凝土施工阶段，材料硬化会导致体积变小，养护工作不合理，可能导致转换层结构稳定性受到影响。加上混凝土水分蒸发，形成湿度差，受到多种应力作用，出现裂缝。除此之外，原材料含砂量过大，也有可能造成结构裂缝。

3.3  结构优化设计

针对本工程裂缝问题，在设计方面可以采取如下措施解决。

第一，在施工方案的设计方面，结合工程实际施工情况，应该对混凝土浇筑方案进行优化设计，利用热工计算，合理设定混凝土入模温度，按照高层建筑混凝土结构设计规程，设计转换梁最低高度、宽度，保证框架梁宽度低于框架柱，不可高于40cm。要确保建筑结构整体稳定，转换层施工的混凝土强度应该超过C30。对于非抗震结构设计，需保证最低配筋率在0.3%。

第二，在混凝土浇筑施工方法的设计方面，针对大规模混凝土的浇筑，应该明确施工标准，根据工程具体要求，选择全面分层浇筑方式。结合实际施工，完成具体层次划分。当下层混凝土进入到初凝阶段，才能展开第二层的结构浇筑，并且遵循浇筑规律展开后续施工。在分层阶段，还需要分块进行，这种浇筑工艺非常适合应用于大面积混凝土浇筑工程当中，先浇筑底层，之后逐渐向上层推进。除此之外，斜面分层也是常用技术，此技术应用分层厚度设计灵活。施工人员可以按照振捣装置的振动力大小，对于分层进行合理设计^[4]。

第三，对于结构养护，早期混凝土施工结束以后，需要科学利用养护措施，才能延长结构使用寿命，保证结构质量。本项目混凝土浇筑以后12h之内，可采取覆盖养护或者洒水养护的技术措施，还可选择保温养护或者降温养护等多种措施。如果选择保温养护，可利用塑料薄膜完成养护过程;如果选择降温养护，可向结构表面喷水。养护的目的是预防混凝土结构水分蒸发过快，导致结构出现开裂问题，还能降低结构内外温度差，预防温度裂缝。

第四，该项目建设涉及转换梁工，因为施工过程需要使用较多原材料，因此，设计阶段就需对原材料质量进行全面控制，水泥含量在拌合物当中占据15%，因为水泥用量和混凝土结构温度联系紧密，所以可选择减少水泥用量，降低水化反应高温问题。而且，还可适当利用外加剂，对于混凝土温度进行调节，但是外加剂的使用对于施工人员技术水平要求较高，所以设计阶段应该考虑人员技术问题。除此之外，骨料质量的控制也极为重要，混凝土当中骨料含量超过70%，注意骨料温度、含水率、含砂率等因素，合理选材，才能控制结构设计质量^[5-6]。

4  结语

综上分析，建筑结构设计方面，应该综合考量多方因素，为保证混凝土结构裂缝问题得到解决，需要人员对于结构设计质量严格把控，结合裂缝问题出现的原因，精准制定解决对策，保证结构设计科学合理，严格监督施工过程，按照图纸完成材料的选择，应用合理的技术，特别是要做好混凝土工程的质量控制，解决结构裂缝问题，提高建筑品质。

参考文献

[1]刘宏.探讨建筑结构设计出现裂缝的原因及对策[J].中国房地产业，2020（23）：95.

[2]陈炜铭.建筑结构设计出现裂缝的原因及对策探讨[J].建筑与装饰，2020（28）：30.

[3]陈淼，郭向明.建筑结构设计出现裂缝的原因及对策解析[J].建筑·建材·装饰，2020（6）：207-208.

[4]李永玉.建筑结构设计出现裂缝的原因及对策研究[J].現代物业，2021（25）：94-95.

[5]闫钰丰.地裂缝环境下城市地下综合管廊结构性状研究[D].西安：长安大学，2019.

[6]陈阳.部分预制装配型钢混凝土柱基本受力行为与设计理论研究[D].西安：西安建筑科技大学，2019.