建筑结构设计裂缝成因及完善措施

高明涛

山东三元建筑设计有限公司海阳分公司 山东 海阳 265100

引言

在建筑工程施工阶段，裂缝是一个普遍存在的问题，裂缝的科学控制预防对建筑质量、安全、美观有重要影响。因此，对裂缝的成因进行深入分析，制定科学合理的控制对策，确保结构设计科学可行，有效避免裂缝发生。

1 建筑结构设计应遵循的原则

1.1 功能性原则

建筑作为人们日常生活和工作主要载体，是人们生存和发展的重要保障。现代社会，人们生活物质、精神文化需求不断改变，对建筑物的需求不再局限于居住、学习、工作等，提出了更多功能性需求，对建筑外观、建筑舒适度、生态性和智能化程度等也有了一定的要求。因此，建筑结构基础设计应充分考虑这一需求及未来发展方向，注重功能性设计原则，确保地基基础能够满足建筑地基承载力的需求[1]。

1.2 经济性原则

建筑结构设计要贯彻经济性原则，在强化基础设计的科学性、合理性，确保防水、承重、等级等均达到国家行业标准的基础上，要重视设计原材料和生产成本的投入，确保工程造价在合理范围内。同时，要综合考虑诸多因素，设计多个基础设计方案，综合比对建材用量、施工难度、人力成本、工期等，选择最能控制成本，扩大企业经济效益的基础设计方案。

1.3 协调性原则

建筑结构设计方案直接影响建筑物的安全。在进行房屋建筑结构设计时，基于建筑整体，协调建筑结构的刚度和延性设计，满足建筑低承载力和高延性的设计思想，避免遭遇突发自然灾害时，建筑结构刚度过强，承载力骤增引发的建筑损坏或倒塌，或结构刚度过小时导致的建筑物变形。同时，注重多个结构构件的有效协调，形成多道防线，构成统一的结构整体，有效分解和消除外力，保持建筑物的完整性。

2 建筑设计结构裂缝的主要类型

2.1 塑性沉降产生的裂缝

因塑性沉降而产生的裂缝特点为两头狭窄、中间宽阔，呈现出梭子形状，经常出现于建筑的变截面、梁板交汇以及梁柱交汇的位置，且此类裂缝的深度通常可以到达钢筋的表面。要想避免建筑结构出现塑性沉降产生的裂缝，在设计建筑的时候，需要科学控制建筑墙体的水灰比、砂率以及坍落程度。如果需要运用不同截面且截面差距较大的构件，在建造过程中必须先浇筑较深的位置，然后静置1～1.5h，保证浇筑部分出现稳定沉降之后，再浇筑位于上部的截面，合理设计保护层的厚度[2]。

2.2 塑性收缩产生的裂缝

如果建筑出现由于塑性收缩而产生的结构裂缝，其原因通常为建筑施工的过程中没有进行规范操作。塑性收缩裂缝通常没有固定的规格，其形状为多边形，不同裂缝之间的距离最小的为几厘米，最大可以达到十几厘米。此类裂缝在最初阶段通常为裂缝深度较浅，伴随着时间的推移而逐渐成为持续性的建筑裂缝。要想避免建筑结构出现塑性收缩产生的裂缝，在设计建筑的时候，需要科学控制水泥的用量以及混凝土的水胶比，严格控制施工过程，在遇到大风、高温等施工环境的时候予以更多关注。

2.3 温度应力产生的裂缝

温度应力裂缝产生的主要原因是建筑所处的温度。在浇筑混凝土的过程中，必然需要耗费一定的时间作为施工周期，但是建筑所在地的白天和夜晚温度通常会产生较大的温差，会导致建筑的混凝土浇筑不可避免地受到影响。如果建筑混凝土自身能够承载的拉应力小于温差产生的拉应力，就会由于温度应力而在建筑表面产生裂缝。温度应力裂缝看上去虽然并不明显，但是会对建筑的功能产生较大影响。温度应力裂缝通常出现于建筑表面，而且其深度大小不一，要想避免温度应力产生的裂缝，就必须在设计过程中重视温差对于建筑的影响。

3 建筑结构设计裂缝成因分析

3.1 受温度应力的影响

在建筑工程中产生裂缝的原因有很多，其中温度应力是主要原因之一。由于温度应力发生了改变，建筑物内与外界之间温度存在较大差异，从而导致建筑自身的温度应力变化，在结构面积较大的构件上更易出现。如果某个区域的早晚温度变化较大，使混凝土表层受热不均匀，就有可能发生这种情况，从而导致混凝土开裂[3]。

3.2 受贯穿裂缝的影响

混凝土变形范围较大时，也会产生贯穿裂缝。混凝土遇水后会形成较高的工作温度，由于塑形阶段工作温度是逐渐升高的，形成的弹性应力模量较小，而内部应力也相对较小，因此，产生变形的可能性较小。一旦气温下降，混凝土就会发生变形。混凝土的体积会在水分挥发的影响下减小，建筑构件在地面、空气等原因的影响下也会产生应力变形。尽管有些建筑构件能够承受，可一旦超过承受范围，就会出现贯穿裂缝。在实际勘测中，必须根据勘测成果优化建筑结构设计方案。

3.3 荷载产生裂缝

钢筋混凝土结构长期受压会产生荷载裂缝，这就与建筑之间的重量有关。按照目前的建筑技术标准，我国的建筑设计值与发达国家相比较小，而按照设计标准，我国的水泥硬度较高，在这些状态下容易产生裂缝。

4 建筑结构设计裂缝的完善措施

4.1 做好受力性能分析

在进行建筑结构设计时，最关键的就是建筑的受力性能。在设计时，设计人员一定要将建筑的受力性能考虑在内，结合建筑的内部结构以及实际高度，明确受力点，在选择材料时，也要选择承重性能较强的材料。如果超建筑的受力性能达不到规定的标准，会影响超建筑的使用安全，在后续维护时，也会增加维护成本。因此，在建筑结构设计过程中，设计人员要对超建筑的受力性能进行深入分析，明确超建筑结构的作用力，并对当下的设计方案进行调整和优化，通过优化设计方案来提高建筑的受力性能。在设计时，设计人员还要注意超建筑受力不均的问题，通过对承重墙、梁以及柱进行计算统计，来解决建筑结构设计受力不均的问题。设计人员要对平面设计图进行详细分析，确保建筑整体结构的荷载分布均匀，确保建筑的使用安全。在设计期间，设计人员可以应用BIM技术，采用空间分析法，将平面计算简图和BIM技术结合起来，将图纸以三维的形式呈现出来，这样可以从根本上解决建筑在受力性能方面的问题[4]。

4.2 有效控制温度荷载裂缝

建筑结构所产生的裂缝通常为温度裂缝以及荷载裂缝，施工单位必须针对上述两种裂缝进行科学防治。在控制温度裂缝的时候，施工单位需要提前关注、规划并选择控制方法，从而使水化热现象发生的概率降低。待混凝土达到初始强度之后，相关操作人员必须严格控制温度以及水分的固化条件，保证混凝土表面的温度以及湿度，防止建筑结构表面产生裂缝。与此同时，还应当紧密结合施工相关要求，建设地下室预应力筋抵抗温度应力。缓黏结预应力技术施工难度不高，可有效节约工期，同时提升建筑结构的耐久性与安全性，建设单位应加大缓黏结预应力技术的应用范围，提升对温度应力裂缝的控制力。当施工地区昼夜温差较大的时候，地下室顶板的温度应力影响较为显著，降温的温差越大时，顶板的温度应力便越大。为解决这一问题，施工单位应适当延长后浇带的闭合时间，从而控制温度应力对混凝土收缩的影响效果。在应对荷载裂缝的过程中，应在建筑物的顶层设置隔热层或者保温层，避免建筑物外部墙体与内部环境产生较大的温度差异，从而导致裂缝问题出现。同时，应控制模板的周转情况，保证拆除所有模板的时候能够存在荷载能力，在这一过程中即使产生裂缝也能够及时被发觉，在操作过程中必须严格遵守相关施工规范，防止裂缝问题发生之后带来更多、更严重的不良影响。

4.3 提高结构体系和结构构件的设计水平

为了确保建筑安全性、耐久度等要求符合标准，需要对结构设计进行全面优化，具体设计方案的优化可以采取下述几项措施：①设计人员需要严格控制建筑形体规则和建筑结构设计的关系，确保两者的协调性。②基于对建筑功能、受力等情况的分析，尽量采用材料用量较少的结构体系。③如果建筑结构具有高层或者大跨度的特点，需要积极采用钢结构体系和钢筋混凝土结构体系，因为建筑的层数较高，如果采用混凝土结构，设计人员需要做好竖向构件、大跨度构件设置水平构件的截面优化设计工作，确保结构强度能够满足标准要求。进行结构设计的过程中，需要将黏结预应力梁和现浇混凝土空心楼板等进行比较分析，通过对比选择最优方案，确保满足建筑设计要求[5]。

4.4 做好配筋设置

为了解决裂缝问题，对配筋进行合理控制，尤其是在一些大跨度梁板中，要做好对屋面板的配筋设置，考虑楼板在阴阳角变形应力的集中部位增设钢筋，控制钢筋材料的间距和直径，使钢筋结构的设计能更具稳定性，从而有效遏制建筑结构裂缝的发生。混凝土材料一般由水泥、水、砂石等材料组成，这些材料容易随着混合物的反应和环境的变化逐渐硬化，从而形成一种复合型的材料。而温度是这个过程中的重要影响因素，因此，可根据钢筋混凝土施工要求进行温度控制。在混凝土混合料的构建过程中，为了避免凝固后的材料与钢筋材料之间存在不适配性，应对钢筋的质量进行控制。考虑到钢筋与混凝土材料之间的相互作用，要对设计内容及施工工艺进行充分考量，有效避免由于配筋不当或钢筋材料的质量问题而产生结构缺损，影响混凝土材料的质量，从而出现裂缝等情况。

4.5 建筑选材设计

材料的选择是房屋建筑结构设计工作的关键，与整个建筑结构的安全性和稳定性息息相关，同时关系到建筑的能耗与使用周期问题。因此，选择建筑材料时，设计人员需要从工程实际情况出发，选择符合工程要求的材料，保证建筑结构的稳定性，同时达到节能减耗的目的。首先，工程材料的筛选需要遵循就近选材的原则。在社会经济飞速发展的背景下，生产建筑材料的企业数量不断增加，所以选择材料时，不能只因为价格因素便舍近求远，不但需要选择性价比高的材料，同时需要认真考虑材料成本、运输费用等问题，这样才能有效降低成本。因此设计人员需要综合考虑各项因素进行选材，有效降低损失。其次，正式施工前，施工单位为了工作便利，多在施工场地进行混凝土搅拌作业，虽然能够提高施工效率，但是对周围环境造成污染严重，同时还会导致混凝土的浪费，引发粉尘污染等问题。现场搅拌混凝土极易导致污水产生，同时难以对其有效处理，多排放至河流中，对周围环境造成严重破坏，与生态环保理念不符。因此需要设计科学合理的搅拌方式，例如在现场周围划定专门的搅拌区域，之后将其运输至施工现场，减少对周围环境的污染[6]。

5 结束语

建筑结构设计裂缝是工程建设中常见的质量问题之一，如果建筑结构出现了裂缝，将会大大降低建筑整体的结构稳定性和抗震性。从建筑设计到施工，如果操作规范性不强，不重视细节的控制，很可能导致不利因素影响建筑结构，出现裂缝现象。加强对裂缝问题的防治，可提高工程项目的建设质量，也能保障工程建设的效率和安全性。