建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)裂縫的原因及對策探析

康利慧

摘要：建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠直接影響建筑使用安全，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計是指導(dǎo)施工的重要前提。而在設(shè)計過程中裂縫問題較為常見，其會對建筑建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)裂縫問題出現(xiàn)的原因進行了分析，提出了解決對策，以具體工程案探討結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化路徑，期待為同類項目建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑? 結(jié)構(gòu)設(shè)計 裂縫原因? 解決對策

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

在建筑工程建設(shè)階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計十分關(guān)鍵。因為建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計過程涉及的內(nèi)容相對較多，如果設(shè)計存在質(zhì)量問題，就有可能造成建筑裂縫的出現(xiàn)，不但威脅施工人員的安全，而且還會影響建筑后期的使用。所以，相關(guān)人員應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫出現(xiàn)的原因入手分析，探索結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化路徑，改善結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，解決建筑裂縫問題，為建筑工程效益的提升奠定基礎(chǔ)。

1? 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫問題原因分析

1.1? 溫度應(yīng)力因素

建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，溫度應(yīng)力屬于關(guān)鍵影響因素之一。因為建筑施工環(huán)節(jié)如果環(huán)境溫度出現(xiàn)變化，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)外之間產(chǎn)生溫度差，建筑自身應(yīng)力增加。如果建筑體型龐大，構(gòu)件結(jié)構(gòu)較大，在施工階段，大多選擇混凝土材料，水泥水化會產(chǎn)生熱量，結(jié)構(gòu)溫度升高，受到溫度變化影響，也會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)受到應(yīng)力不均勻，進而出現(xiàn)裂縫問題。除此之外，混凝土、磚砌體二者之間膨脹系數(shù)不同，如果溫度差異過高，就會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫^[1]。

1.2? 荷載因素影響

當(dāng)前，部分建筑都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于建筑本身重量造成的荷載，也有可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。根據(jù)建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，我國大部分建筑設(shè)計過程中，混凝土強度設(shè)定相對較高，結(jié)構(gòu)荷載大，因此可能由于結(jié)構(gòu)荷載問題，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

1.3? 貫穿裂縫因素

如果建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，混凝土結(jié)構(gòu)就可能產(chǎn)生貫穿裂縫。因為水泥水化以后會產(chǎn)生高溫，在結(jié)構(gòu)塑形階段溫度逐漸升高，彈性模量低。應(yīng)力相對較小，發(fā)生變形的可能性也相對較低。但是當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的溫度下降時，就會出現(xiàn)變形問題。與此同時，混凝土體積也有可能受到水分蒸發(fā)因素的影響而收縮，受到地基、結(jié)構(gòu)空間多種因素影響，建筑結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力發(fā)生變化，如果應(yīng)力值超出建筑承受范圍，就會出現(xiàn)貫穿裂縫，因此需要通過地質(zhì)勘察，根據(jù)勘察結(jié)果，展開方案的設(shè)計。

1.4? 地基沉降因素

在建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，地基是基礎(chǔ)下層結(jié)構(gòu)，直接承受建筑上方荷載，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，保證地基的穩(wěn)固是上層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要前提。如果地基出現(xiàn)沉降，極易造成裂縫問題。部分建筑在完工以后，地基出現(xiàn)大幅度沉降，或者經(jīng)過長期使用，基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，若沉降量超過建筑結(jié)構(gòu)承受限度，即可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞，最終出現(xiàn)裂縫，難以正常使用。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面應(yīng)該做好地基結(jié)構(gòu)設(shè)計，預(yù)防沉降問題發(fā)生。

2? 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫問題

2.1? 溫度裂縫的控制

針對溫度因素導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)裂縫問題，設(shè)計人員可采取如下幾方面控制措施。第一，對于施工過程進行全面監(jiān)督，重點管理容易出現(xiàn)裂縫的結(jié)構(gòu)，保證設(shè)計科學(xué)合理。與此同時，還需要對施工材料、施工內(nèi)容進行全面控制，按照建筑施工需求，對于保溫材料進行合理選擇，防止建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差過大，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。第二，在施工階段，考慮到混凝土凝固所需時間相對較長，所以混凝土工程施工可選用低水化類型的水泥，按照施工現(xiàn)場實際溫度，拌制混凝土材料，預(yù)防材料問題導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫。第三，如果結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)裂縫，需要施工人員及時處理，利用補強法對混凝土裂縫進行處理，節(jié)約成本，保證施工進度。除此之外，還需要對現(xiàn)場及時勘察，制訂施工計劃，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2? 預(yù)防荷載裂縫

針對后載問題導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)裂縫，為了規(guī)避此情況發(fā)生，需要在建筑頂層設(shè)計保溫層，還可設(shè)計隔熱層，避免建筑內(nèi)外墻體之間溫差過大，出現(xiàn)溫度裂縫。建筑設(shè)計同樣如此，設(shè)計方案當(dāng)中應(yīng)該明確結(jié)構(gòu)的隔熱和保溫方面的需求。同時，在建筑墻體之間可借助伸縮縫設(shè)計，防止墻體結(jié)構(gòu)伸縮對于整體結(jié)構(gòu)造成影響。在建筑施工階段，可合理使用模板，為了提高模板周轉(zhuǎn)效率，可在處于特定荷載力環(huán)境之下時拆除模板，這樣能夠及時發(fā)現(xiàn)裂縫。要規(guī)范施工流程，保證建筑結(jié)構(gòu)能夠具備充足的支撐力，以降低結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的概率。

2.3? 嚴(yán)控設(shè)計質(zhì)量關(guān)卡

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量是裂縫問題控制的核心所在，因此，設(shè)計人員應(yīng)該嚴(yán)格把控結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)卡，具體可從如下幾方面入手。

第一，確保建筑結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計合理。建筑設(shè)計階段，設(shè)計人員需要深入現(xiàn)場，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過實地考察，保證設(shè)計內(nèi)容和真實情況相符。特別是在建筑受力結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面，應(yīng)該嚴(yán)格按照整體性原則，不斷提高結(jié)構(gòu)受力的科學(xué)性。需要設(shè)計人員對于建筑結(jié)構(gòu)的受力原理展開分析，保證結(jié)構(gòu)受力圖、受力分析內(nèi)容的一致性。無論是建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是外部結(jié)構(gòu)設(shè)計，都應(yīng)該保證剛度穩(wěn)定。比如：要設(shè)計辦公樓，層數(shù)20層，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，應(yīng)該考慮結(jié)構(gòu)對于變形問題的適應(yīng)能力，解決受力不足問題，以降低結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的概率，防止建筑構(gòu)件受到外力干擾，整體能夠保證平衡狀態(tài)，預(yù)防因受力不平衡而出現(xiàn)裂縫問題。

第二，合理設(shè)計預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要考慮多方因素，包括建筑幾何結(jié)構(gòu)、鋼筋材料使用和預(yù)應(yīng)力特點等。通常按照梁長1/15來設(shè)計，部分設(shè)計人員為了節(jié)約成本，還可能選擇梁長1/18，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計方式能夠減輕建筑自重。建筑物平面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡可能選擇規(guī)則設(shè)計方式，規(guī)避不規(guī)則凹凸口的出現(xiàn)，如果不可避免地出現(xiàn)了凹凸口，還可在該結(jié)構(gòu)邊緣設(shè)置拉梁或者增加周圍樓板厚度，提高配筋率等，提高結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)該嚴(yán)格按照建筑規(guī)范和實際情況，對建筑結(jié)構(gòu)整體長度進行把控，注意不可超過規(guī)定值，避免出現(xiàn)設(shè)計缺陷。在建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還可選擇后澆帶，注意其寬度應(yīng)在2m之內(nèi)，將后澆帶內(nèi)部混凝土與外部混凝土分隔開來，在其中設(shè)置密孔鋼絲網(wǎng)，并選擇鋼筋固定周圍結(jié)構(gòu)。在膨脹加強帶內(nèi)設(shè)置15%的溫度筋，內(nèi)部添加膨脹混凝土。如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中房屋長度超過規(guī)定要求，可以在合適的位置設(shè)置變形縫，或者后澆帶、沉降縫等，能夠有效控制裂縫問題^[2]。

第三，合理設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)，針對建筑容易出現(xiàn)裂縫的位置重點采取優(yōu)化設(shè)計措施。具體而言，可利用加強件，提高鋼混結(jié)構(gòu)強度，預(yù)防結(jié)構(gòu)開裂。具體勘察階段，如果發(fā)現(xiàn)地基容易出現(xiàn)沉降問題，可對鋼筋進行合理設(shè)置，提高地基強度。針對混凝土澆筑施工，由于水泥的水化熱問題導(dǎo)致的脹縮裂縫，應(yīng)該對混凝土配比進行優(yōu)化設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量。

2.4? 控制地基沉降裂縫

針對基礎(chǔ)不均勻沉降問題導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫，需要設(shè)計人員通過如下措施進行處理。第一，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)該對建筑沉降、凍土地基、窗間墻等結(jié)構(gòu)進行全面分析，展開地質(zhì)勘察，按照勘察數(shù)據(jù)，合理選擇設(shè)計方案。第二，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，設(shè)計人員應(yīng)該確保結(jié)構(gòu)整體合理，具有規(guī)則性，預(yù)防結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)。第三，適當(dāng)設(shè)計沉降縫，根據(jù)建筑抗震設(shè)計要求，布置圈梁，將地基強度有效提升，使建筑沉降處于可控范圍之內(nèi)。第四，針對軟土地基，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，還可采取特殊措施進行加固，改善地基不均勻沉降的問題。

2.5? 控制選材和施工流程

建筑物設(shè)計階段，材料選擇質(zhì)量把控十分重要，特別是混凝土材料，要保證材料質(zhì)量。部分建筑需要利用大體積混凝土結(jié)構(gòu)，此時可以選擇低水化熱礦渣水泥，對于泥漿粘稠度進行合理調(diào)配，提高混凝土抗拉性能。同時，還可向原材料當(dāng)中添加防裂劑，盡可能使用抗裂性強、水熱化比低的材料，粉煤灰水泥就是一個良好的選擇。在骨料的選擇方面，應(yīng)該控制其凈度和級配程度，對于活性骨料含泥量進行有效控制，減少細(xì)砂材料的用量。同時，設(shè)計人員還需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，對于材料質(zhì)量進行全面審核，如果材料和規(guī)范要求不符，或者和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求不符，應(yīng)該及時更改，通過材料控制，預(yù)防結(jié)構(gòu)裂縫。

施工階段中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫的影響因素相對較多，如氣溫、風(fēng)速等環(huán)境問題都會影響建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量。如果環(huán)境溫度高，可設(shè)計分層澆筑工藝指導(dǎo)施工過程，預(yù)防高溫對于結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。此外，還可設(shè)計埋水管，通過物理降溫措施，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的水分含量。設(shè)計階段還應(yīng)該考慮到鋼筋結(jié)構(gòu)具體位置，要求混凝土澆筑不可對鋼筋結(jié)構(gòu)造成破壞，避免影響到建筑整體的穩(wěn)定性。如果涉及大體積混凝土施工，還需要對混凝土梁、混凝土板澆筑強度進行整體把控，選擇同等強度的混凝土澆筑梁、柱等結(jié)構(gòu)^[3]。

3? 工程實例

3.1? 工程概況

本項目為高層寫字樓建筑，建筑長度76m，寬度28m，地上結(jié)構(gòu)19層，地下結(jié)構(gòu)2層，地上結(jié)構(gòu)為鋼混框剪結(jié)構(gòu)，主體使用商品混凝土，樓面利用現(xiàn)澆工藝施工，結(jié)構(gòu)存在轉(zhuǎn)換層。在施工階段，發(fā)現(xiàn)軸梁位置有裂縫出現(xiàn)，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，建筑梁跨度在9.9m，分析結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生原因，找到解決措施十分必要。

3.2? 結(jié)構(gòu)裂縫成因

根據(jù)工程情況展開分析，混凝土施工階段，材料硬化會導(dǎo)致體積變小，養(yǎng)護工作不合理，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到影響。加上混凝土水分蒸發(fā)，形成濕度差，受到多種應(yīng)力作用，出現(xiàn)裂縫。除此之外，原材料含砂量過大，也有可能造成結(jié)構(gòu)裂縫。

3.3? 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

針對本工程裂縫問題，在設(shè)計方面可以采取如下措施解決。

第一，在施工方案的設(shè)計方面，結(jié)合工程實際施工情況，應(yīng)該對混凝土澆筑方案進行優(yōu)化設(shè)計，利用熱工計算，合理設(shè)定混凝土入模溫度，按照高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程，設(shè)計轉(zhuǎn)換梁最低高度、寬度，保證框架梁寬度低于框架柱，不可高于40cm。要確保建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換層施工的混凝土強度應(yīng)該超過C30。對于非抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，需保證最低配筋率在0.3%。

第二，在混凝土澆筑施工方法的設(shè)計方面，針對大規(guī)?；炷恋臐仓?，應(yīng)該明確施工標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工程具體要求，選擇全面分層澆筑方式。結(jié)合實際施工，完成具體層次劃分。當(dāng)下層混凝土進入到初凝階段，才能展開第二層的結(jié)構(gòu)澆筑，并且遵循澆筑規(guī)律展開后續(xù)施工。在分層階段，還需要分塊進行，這種澆筑工藝非常適合應(yīng)用于大面積混凝土澆筑工程當(dāng)中，先澆筑底層，之后逐漸向上層推進。除此之外，斜面分層也是常用技術(shù)，此技術(shù)應(yīng)用分層厚度設(shè)計靈活。施工人員可以按照振搗裝置的振動力大小，對于分層進行合理設(shè)計^[4]。

第三，對于結(jié)構(gòu)養(yǎng)護，早期混凝土施工結(jié)束以后，需要科學(xué)利用養(yǎng)護措施，才能延長結(jié)構(gòu)使用壽命，保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量。本項目混凝土澆筑以后12h之內(nèi)，可采取覆蓋養(yǎng)護或者灑水養(yǎng)護的技術(shù)措施，還可選擇保溫養(yǎng)護或者降溫養(yǎng)護等多種措施。如果選擇保溫養(yǎng)護，可利用塑料薄膜完成養(yǎng)護過程;如果選擇降溫養(yǎng)護，可向結(jié)構(gòu)表面噴水。養(yǎng)護的目的是預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)水分蒸發(fā)過快，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂問題，還能降低結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差，預(yù)防溫度裂縫。

第四，該項目建設(shè)涉及轉(zhuǎn)換梁工，因為施工過程需要使用較多原材料，因此，設(shè)計階段就需對原材料質(zhì)量進行全面控制，水泥含量在拌合物當(dāng)中占據(jù)15%，因為水泥用量和混凝土結(jié)構(gòu)溫度聯(lián)系緊密，所以可選擇減少水泥用量，降低水化反應(yīng)高溫問題。而且，還可適當(dāng)利用外加劑，對于混凝土溫度進行調(diào)節(jié)，但是外加劑的使用對于施工人員技術(shù)水平要求較高，所以設(shè)計階段應(yīng)該考慮人員技術(shù)問題。除此之外，骨料質(zhì)量的控制也極為重要，混凝土當(dāng)中骨料含量超過70%，注意骨料溫度、含水率、含砂率等因素，合理選材，才能控制結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量^[5-6]。

4? 結(jié)語

綜上分析，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，應(yīng)該綜合考量多方因素，為保證混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題得到解決，需要人員對于結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量嚴(yán)格把控，結(jié)合裂縫問題出現(xiàn)的原因，精準(zhǔn)制定解決對策，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，嚴(yán)格監(jiān)督施工過程，按照圖紙完成材料的選擇，應(yīng)用合理的技術(shù)，特別是要做好混凝土工程的質(zhì)量控制，解決結(jié)構(gòu)裂縫問題，提高建筑品質(zhì)。

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