探讨建筑结构设计出现裂缝的原因及对策
秦爱元
（国策众合（北京）建筑工程设计有限公司（晋城太行分公司），山西 晋城 048000）
城市化步伐的加快，给我国建筑工程带来一定发展空间，随着规模的增大，却日益暴露出很多问题，建筑结构设计出现的裂缝，就是其中之一，受施工工艺及水平等因素的影响，往往会对工程质量造成不利。因此，现代社会发展视域下，就要重视建筑结构设计中产生的裂缝分析，结合施工现实情况，优化结构设计工作，提升施工整体质量。
现阶段，建筑结构设计裂缝主要包含以下几种类型。
1）塑性收缩裂缝。此种裂缝类型比较常见（如图1所示），重点是因为施工缺乏合理性和规范性，对于大部分塑性收缩裂缝，具有多样性。裂缝之间距离，相对而言比较广泛，尤其是最小的，仅仅只有零点几毫米，而间距最大的可能会有1mm。施工初期，裂缝表现不是很明显，时间一长，就会发展成连续性裂缝，想要控制和预防此类裂缝问题，对于施工作业人员，就要重视“水泥”和“混凝土水胶比”应用量。若是面临大风且高温环境施工情况，则需要有效控制施工质量，确保其与实际施工要求相符合[1]。
图1 塑性收缩裂缝图
2）塑性沉降裂缝，在建筑结构设计当中，该类裂缝出现次数较多（如图2所示），通过仔细观察，我们可以发现其具有一定特征，就是两边窄和中间宽，形状与梭型比较类似。一般情况下，这种裂缝会发生在建筑梁板和变截面以及梁柱的交汇位置，从深度方面讲，可以直接到达钢筋表面。塑性沉降裂缝的进一步控制和预防，对施工作业人员具有很高要求，既要控制坍落度和水灰比，还要关注砂率，只有考虑以上因素，才能对其进行有效控制。若是施工中使用的是截面间距较大构件，应在较深位置开展浇筑工作，静置相应时间后，确保沉降稳定性，之后和上部界面层一起浇筑。还需格外关注，对保护层厚度进行有效控制[2]。
图2 塑性沉降裂缝
3）温度应力裂缝。对于温度应力裂缝来说，指的是受外界不良因素影响，使得建筑结构产生裂缝问题。混凝土浇筑施工过程中，一般要花费很长时间，加上昼夜温差和室内外温度差的影响，使得混凝土内外散热均匀性不足，从而影响混凝土浇筑作业。在强度方面，温差拉应力如果大于混凝土本身可以承载的拉应力，就会产生温度应力裂缝。从表面看，虽说此种裂缝不是特别明显，但是会产生一定危害，严重影响建筑使用功能。温度应力裂缝表现为深度不一，想要有效预防，就要在施工中，避免环境及温度产生的不良影响，强化施工质量控制工作[3]。
结合实际建筑结构设计情况来看，目前，我国建筑结构设计出现裂缝主要原因包含以下几个方面。
1）荷载过大，荷载裂缝主要指的是钢筋混凝土在长时间作用下，承受过大荷载，而产生的一种裂缝。此类裂缝产生的主要原因是钢筋混凝土遭受大于“设计荷载”的影响。建筑结构设计过程中，应统筹兼顾，考虑建筑结构自身的抗裂性，对某些结构进行重点研究和分析，明确承载的荷载，并且掌握荷载承受的主要因素。与国外相比较，我国建筑结构荷载设计值比较低，发展具有一定滞后性，一定程度上使得建筑结构设计裂缝出现的概率增加[4]。
2）地基不均匀沉降，在建筑工程中，地基发挥着重要作用，不仅承受着建筑物自身的重量，还承受着其他荷载。以上部荷载为例，其会对地基应力产生相应影响，造成地基应力深度和扩散范围变化。加上地基土体并非均质，在承载应力变化过程中，一般是由中间，逐渐朝着两边减少。因此，地基有时会出现不均匀沉降，这时候，对应建筑物就会产生裂缝，裂缝是否严重，和施工企业采取的应对措施具有很大关联，若是在施工中发现有裂缝形成，就要立刻对其加固，防止裂缝继续扩散造成的不良影响。与此同时，实际施工中，若是没有确保骨料与砂土混合均匀，混凝土含水量与施工要求相符合，就开展浇筑作业，往往会使得建筑物产生塌陷，无法将地基所承受的应力进行分散，进而造成裂缝问题[5]。
3）温差变化，建筑施工过程中，混凝土的使用，会产生大量水热化现象，造成周围环境温度升高，此种温度变化，经常会形成裂缝。开展建筑施工时，会使用到砌体与混凝土，这两种材料，不管是在膨胀系数，还是在温度吸收方面，都存在一定的差异性。若是水热化的出现，使得混凝土温度得以提升，而砌体温度没有变化，此时，屋面和墙面之间，就会出现温度内应力，随着温度的增加，其内应力也会逐渐变大。建筑部分温度内应力一旦超过自身抗裂强度，建筑物则会发生裂缝。除此之外，温度裂缝的出现，还和季节有很大关系。比如，夏天温度比较高，建筑物受太阳的长期辐射，其阻热性能就会变低，这种现象会造成墙体和楼盖之间，出现很大温差，从而增加裂缝产生的概率[6]。
想要进一步解决建筑结构设计中出现的裂缝，就要综合考虑各个方面影响因素，控制建筑结构裂缝的产生，提升建筑工程整体施工水平与质量。具体可以从以下几个方面入手。
3.1 强化建筑结构设计水平
将建筑结构设计水平进一步增强，对预防裂缝的产生，具有一定积极意义。该项过程进行可以结合三个方面开展。
1）优化结构整体设计，作为设计人员，在设计工作之前，要做好施工现场的勘察工作，系统收集各类信息数据，从而确保设计和建筑结构体系要求相一致。比如，结构承载力和作用大小，设计之前，就要做好计算，进行有效预估。还要计算温度变化情况，对混凝土材料后续变化特点进行充分把握，评估混凝土结构受温度应力的实际大小。建筑结构设计时，还要对约束机制加以科学选取，从而抵抗和释放混凝土温度应力。就拿建筑结构受力设计来说，不仅要坚持整体性原则，还要保障建筑结构自身的受力性能，结合受力原理特征，促进受力分析和受力图一致[7]。高层建筑结构设计，还要分析“抗荷载”和“抗变形”等能力，确保结构尺寸的有效设计，强化建筑结构的平衡性，防止裂缝产生。
2）重视混凝土设计，建筑施工中，混凝土造成的裂缝问题非常常见，想要对其预防，就要重视混凝土设计，提升设计自身水平。设计期间，要掌握混凝土强度等级，若是等级很高，则会增加水泥用量，在凝固期间，就会发生水热化，从而造成裂缝问题。若是等级强度很低，则会使得降低抗压性能，造成裂缝。若是混凝土坍落度很大，浇筑时有可能会出现离析，相反，则会导致密实度不佳，产生裂缝。特别是设计地下室等建筑结构时，要使用抗渗混凝土，施工中在混凝土中添加适量的外加剂，减少裂缝出现。而在构件当中，科学设定构造钢筋，能够进一步控制裂缝。现阶段，应力分析主要对象为结构承受应力，在保障钢筋结构应力同时，应合理利用构造钢筋，确保建筑结构的耐久性和稳定性。实现这一目标，要结合相应要求和标准，合理配置钢筋，确保配置位置的可行性和合理性。作为设计者，就要熟悉各类构件，采用科学构造配筋方法，从而增强应用水平。比如，高强度钢筋构件的使用，可以防止混凝土出现开裂，还能规避地基沉降，使得建筑结构设计更加科学[8]。
3）增强预应力设计水平，建筑结构预应力设计工作的有效开展，需要考虑“钢筋”和“几何结构”等因素，对于设计方案的优化，不但要将结构自身重量减轻，而且还要节约钢筋使用量，这就要求在施工过程中，控制建筑结构长度，将其控制在合理范围中。另外，地下部位，应设置后浇带，利用密孔钢丝网，加固周围混凝土。若是长度超过规定标准，可以使用“沉降缝”和“后浇带”等方式，降低裂缝的出现。
3.2 荷载裂缝和地基不均裂缝的控制
一方面，针对荷载裂缝，在某种条件下会对建筑工程质量产生影响，因此，在施工当中，就要重视荷载裂缝防护作业，加大检查力度。需要对原材料质量进行有效监控，确保水泥质量和细沙含量，保证混凝土强度达到施工要求，从而避免荷载裂缝问题。与此同时，对于入模坍落度，要合理控制，这样可以将坍落度加以降低。混凝土选择，要结合设计要求进行，保障质量同时，还要科学应用减水防裂剂，从而满足混凝土强度等施工要求[9]。
另一方面，地基不均匀情况，要及时进行调查，除了勘察施工区域地质环境之外，工作人员还需将地区较弱区域加固，提升地基施工整体水平。开展地基加固工作时，要根据上部结构，考量多方面确定最终的施工方案，从而确保施工方案的经济性、安全性和整体性。修改上部结构时，应适当改变建筑物体型，将建筑物基础断开，确保自由沉降，只有这样，才能防止裂缝产生。对于沉降缝的设置，需要结合建筑施工要求和标准进行，还要防止杂物落入沉降缝中，从而解决地基不匀带来的不利影响。
3.3 合理管控材料质量
水泥质量的好坏，会对混凝土力学性能产生影响，因此，在材料选择过程中，需要选取合格材料，比如，外加剂的选择，要由正规厂家生产，并且具备质量保障相关文件。而有着很高抗裂性的混凝土，需要使用纤维混凝土间混凝土本身抗裂性加以增加。掺合料和骨料选择，要结合施工标准，还要将砂细度模数进行有效规范。如果骨料级配与含泥量很差，就要使用不同粒径骨料优化配合，确保级配最佳。在混凝土搅拌过程中，最佳的方式就是加入相应级别的粉煤灰，这样可以将抗裂性能改善。水胶比不能过大也不能过小，要控制在合理范围内，一般是0.4～0.55之间。关于混凝土配合比，可以适当采用表1所示内容进行，在满足各类要求前提下，需要使用坍塌度较小的混凝土拌合物，这样做的目的是防止离析等问题，使得表面减少裂缝的产生。
表1 混凝土配合比（C20）
3.4 控制温差变化造成的裂缝
建筑施工过程中，要进行科学规划，就拿保温层来说，要结合不同施工区域，合理选择保温层类型。若是混凝土本身及外部环境造成升温现象，合理选择保温层，能够将屋顶与屋面间的温度差减低，使得温差变化产生的裂缝得以缓解。施工人员开展砌筑工作时，为了防止结构扩张与收缩，需要合理设置伸缩缝，保障位置和大小的科学性，从而为温度变化影响结构变化，提供缓冲空间，防止墙体出现变形。此外，混凝土水热化，还会形成裂缝，因此，选择水泥时，尽量选取低水热化的，若是气温较高，搅拌混凝土时，就要选择低温水，实施混合搅拌，从而对温度固化与水分添加量条件进行有效控制，确保混凝土表面温度与湿度，满足施工要求，防止裂缝出现。
综上所述，想要从根本上将建筑结构设计中出现的裂缝问题加以解决，相关人员就要树立现代发展理念，认识到建筑结构设计重要性，明确裂缝产生的类型，对裂缝原因进行重点分析与研究，找出科学有效的解决措施，最大程度减少裂缝的产生，从而确保建筑结构整体质量，为我国建筑行业有序发展奠定坚实基础，为社会主义建设增光添彩。
猜你喜欢 结构设计荷载裂缝 活荷载北方建筑(2022年2期)2022-11-21日光温室荷载组合方法及应用农业工程学报(2022年7期)2022-07-09超限高层建筑结构设计与优化思考房地产导刊(2022年5期)2022-06-01结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用建材发展导向(2021年13期)2021-07-28碳酸盐岩裂缝描述七大难点石油与天然气地质(2021年3期)2021-06-29地球的裂缝意林·全彩Color(2018年7期)2018-08-13某上承式拱桥荷载试验探讨江西建材(2018年1期)2018-04-04BIM结构设计应用中国房地产业(2016年2期)2016-03-01生命必须有裂缝，阳光才能照进来海峡姐妹(2016年6期)2016-02-27某排水虹吸井结构设计中国房地产业(2016年24期)2016-02-16