建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫成因及完善措施

熊 雄

（江西省建科工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330032）

1 引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫是工程建設(shè)中常見的質(zhì)量問題之一，如果建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了裂縫，將會大大降低建筑整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震性。從建筑設(shè)計到施工，如果操作規(guī)范性不強，不重視細(xì)節(jié)的控制，很可能導(dǎo)致不利因素影響建筑結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。加強對裂縫問題的防治，可提高工程項目的建設(shè)質(zhì)量，也能保障工程建設(shè)的效率和安全性。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 受溫度應(yīng)力的影響

在施工過程中產(chǎn)生裂縫的原因有很多，其中溫度應(yīng)力是主要原因之一。由于溫度應(yīng)力發(fā)生了改變，建筑物內(nèi)與外界之間溫度存在較大差異，從而導(dǎo)致建筑自身的溫度應(yīng)力變化，在結(jié)構(gòu)面積較大的構(gòu)件上更易出現(xiàn)。如果某個區(qū)域的早晚溫度變化較大，使混凝土表層受熱不均勻，就有可能發(fā)生這種情況，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

2.2 受貫穿裂縫的影響

混凝土變形范圍較大時，也會產(chǎn)生貫穿裂縫?；炷劣鏊髸纬奢^高的工作溫度，由于塑形階段工作溫度是逐漸升高的，形成的彈性應(yīng)力模量較小，而內(nèi)部應(yīng)力也相對較小，因此，產(chǎn)生變形的可能性較小。一旦氣溫下降，混凝土就會發(fā)生變形?；炷恋捏w積會在水分揮發(fā)的影響下減小，建筑構(gòu)件在地面、空氣等原因的影響下也會產(chǎn)生應(yīng)力變形。盡管有些建筑構(gòu)件能夠承受，可一旦超過承受范圍，就會出現(xiàn)貫穿裂縫。在實際勘測中，必須根據(jù)勘測成果優(yōu)化設(shè)計方案。

2.3 荷載產(chǎn)生裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長期受壓會產(chǎn)生荷載裂縫，這就與大樓之間的重量有關(guān)。按照目前的建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，我國的辦公樓綠色建筑設(shè)計值與發(fā)達(dá)國家相比較小，而按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，我國的水泥硬度較高，在這些狀態(tài)下容易產(chǎn)生裂縫。

2.4 設(shè)計考慮不充分

設(shè)計環(huán)節(jié)直接決定了整體建筑的過程和目標(biāo)，對建筑材料等也有直接的影響，因此，更需要仔細(xì)思考各個方面的內(nèi)容，確保每個環(huán)節(jié)都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也適應(yīng)項目本身的情況。如果設(shè)計人員沒有結(jié)合工程和地質(zhì)要求進(jìn)行裂縫防治設(shè)計，或?qū)ㄖ牧险莆詹粔蛉?，就很容易?dǎo)致建筑裂縫的出現(xiàn)。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中裂縫的控制措施

3.1 制定科學(xué)合理的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

施工前，工作人員要深入現(xiàn)場全面勘察，收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，確保設(shè)計方案、圖紙與建筑結(jié)構(gòu)體系規(guī)范要求相符。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計前，應(yīng)認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)承受荷載作用的大小情況，計算溫度變化情況，掌握混凝土材料的后期變化規(guī)律和特征。在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段合理選擇約束機制，有效釋放和抵抗混凝土的溫度應(yīng)力。同時，必須堅持整體性原則，確保建筑結(jié)構(gòu)具有良好的受力性能，充分結(jié)合基本受力原理，保證受力圖與受力分析相一致，進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)的抗變形能力和抗荷載能力，選擇合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸，保證整體結(jié)構(gòu)的平衡性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)裂縫問題。

3.2 充分利用信息化技術(shù)

目前，信息化技術(shù)在房屋建筑設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)需求選擇合適的軟件，對各項參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以減少外部因素和內(nèi)部因素對結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，需要建立合適的結(jié)構(gòu)模型，分析房屋建筑的目標(biāo)參數(shù)，為建筑優(yōu)化設(shè)計提供參考。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，還要做好數(shù)據(jù)管理工作，保證尺寸、受力等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過對建筑狀況進(jìn)行綜合分析，確保優(yōu)化方案能夠滿足設(shè)計要求。同時，要選擇合適的計算方法分析建筑物結(jié)構(gòu)變量和設(shè)計條件，確保優(yōu)化結(jié)果滿足工程設(shè)計要求。加強對統(tǒng)計結(jié)果的對比分析，綜合分析多種不同的方案，確保結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟性的平衡。

3.3 建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計

節(jié)能環(huán)保是目前建筑發(fā)展的主要方向，因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)充分貫徹節(jié)能環(huán)保理念，開展房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，減少建筑施工、運營過程中產(chǎn)生的碳排放。節(jié)能環(huán)保主要與房屋建筑的布局、材料使用、圍擋結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，在優(yōu)化過程中要做好不同方面的處理。根據(jù)房屋建筑所處位置及周圍環(huán)境優(yōu)化形狀和布局方式，充分利用自然風(fēng)、自然光來解決熱交換和照明需求，在維護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的密封性，避免熱消耗過高。選擇材料時應(yīng)以節(jié)能材料為主，減少房屋建筑的熱損耗，提升門窗結(jié)構(gòu)的合理性。

3.4 提高混凝土自身質(zhì)量

為了保證施工的順利進(jìn)行，必須重視混凝土材料的保存與管理，并嚴(yán)格按照國家混凝土標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行攪拌、混合，必要時可以添加一些輔助材料，以增加混凝土的強度和抗壓能力，保證施工質(zhì)量。例如，混凝土原材料搭配時可適當(dāng)減少水泥用量，添加一些水泥代替物，以增強材料的融合性和施工效果；科學(xué)控制水灰比，必要時添加一些減水劑，減少砂石的空隙，保證混凝土的密度，逐步強化混凝土使用效果。另外，我國建筑行業(yè)監(jiān)管部門一定要充分發(fā)揮監(jiān)管作用，對建筑工程的施工文件進(jìn)行仔細(xì)審查，一旦發(fā)現(xiàn)有問題，必須及時通知建筑企業(yè)進(jìn)行修正和完善，在全部合格之后才能繼續(xù)施工。對于一些因混凝土攪拌技術(shù)不過關(guān)或是以次充好的建筑企業(yè)，監(jiān)管部門更要加強監(jiān)督，為群眾的使用安全和施工人員的人身安全提供重要的前提保障，優(yōu)化我國建筑工程的施工環(huán)境，凈化不良風(fēng)氣的影響，從源頭上處理因混凝土材料自身質(zhì)量缺陷造成的裂縫問題。

3.5 做好配筋設(shè)置

為了解決裂縫問題，對配筋進(jìn)行合理控制，尤其是在一些大跨度梁板中，要做好對屋面板的配筋設(shè)置，考慮樓板在陰陽角變形應(yīng)力的集中部位增設(shè)鋼筋，控制鋼筋材料的間距和直徑，使鋼筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計能更具穩(wěn)定性，從而有效遏制建筑結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生?；炷敛牧弦话阌伤?、水、砂石等材料組成，這些材料容易隨著混合物的反應(yīng)和環(huán)境的變化逐漸硬化，從而形成一種復(fù)合型的材料。而溫度是這個過程中的重要影響因素，因此，可根據(jù)鋼筋混凝土施工要求進(jìn)行溫度控制。在混凝土混合料的構(gòu)建過程中，為了避免凝固后的材料與鋼筋材料之間存在不適配性，應(yīng)對鋼筋的質(zhì)量進(jìn)行控制。考慮到鋼筋與混凝土材料之間的相互作用，要對設(shè)計內(nèi)容及施工工藝進(jìn)行充分考量，有效避免由于配筋不當(dāng)或鋼筋材料的質(zhì)量問題而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺損，影響混凝土材料的質(zhì)量，從而出現(xiàn)裂縫等情況。

3.6 控制混凝土的澆筑施工技術(shù)

在混凝土施工過程中，施工人員要做好細(xì)節(jié)部分的處理，如在薄弱區(qū)域做好振搗工作，根據(jù)實際情況進(jìn)行分層澆筑，控制每一個材料層的厚度。分層澆筑的厚度一般不超過50cm，以避免溫度急劇變化影響材料質(zhì)量。在澆筑過程中，要堅持從兩邊向中間施工的方式，控制混凝土材料的密度，避免溫度過高引起水化熱反應(yīng)，影響材料質(zhì)量，造成裂縫。實際澆筑時要按照澆筑方案，考慮實際情況，進(jìn)行有效調(diào)整，使施工技術(shù)過程更加靈活、變通。

3.7 有效的溫度裂縫控制

合理地定義混凝土的基本構(gòu)造，要事先制定相應(yīng)的處理措施，嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范和具體建造技術(shù)要求選擇合適的工藝形式，對細(xì)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。由于高溫也是造成構(gòu)件裂縫的主要原因之一，因此，要從構(gòu)件規(guī)劃布置入手，遵循簡便實用原則，盡量避免不規(guī)則的構(gòu)件，特別是一些凸凹的構(gòu)造變化，因為構(gòu)件不規(guī)則，溫度可能會產(chǎn)生差異，從而產(chǎn)生裂縫。此外，混凝土構(gòu)件各個部位的長度應(yīng)符合設(shè)計要求，減少因高溫伸縮而產(chǎn)生的差距，并合理調(diào)節(jié)材料變形。當(dāng)溫差過大時，建筑材料會發(fā)生變形，如果不進(jìn)行合理調(diào)控，很可能導(dǎo)致構(gòu)件開裂。

3.8 防治荷載裂縫

為避免荷載裂縫的出現(xiàn)，建筑的頂部必須設(shè)有保溫板材，甚至是隔熱層，這樣在屋里與外墻之間就不會產(chǎn)生很大的溫差，從而產(chǎn)生高溫裂縫，所以，在建筑的內(nèi)部設(shè)計中一定要堅持隔熱保溫的原則，而且外墻內(nèi)部也可以設(shè)計沉降裂縫，這樣在墻面內(nèi)部發(fā)生伸縮情況下不至于產(chǎn)生裂縫。合理限制模板的周轉(zhuǎn)率，可以在必要的荷載力下拆卸模板，即使出現(xiàn)了開裂問題，也能盡早發(fā)現(xiàn)。只要施工單位按照具體的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，整個建筑結(jié)構(gòu)都會得到相應(yīng)的支撐，從而降低混凝土開裂的概率。

3.9 鋼筋設(shè)計的控制措施

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理可以提高控制水平。根據(jù)鋼筋位置的不同，要求也不同，如屋面上配置應(yīng)采用雙層雙向鋼筋，并有效控制導(dǎo)熱系數(shù)。一般來說，屋頂并非所有部位都有負(fù)筋，因此，對缺失部位應(yīng)采取特殊處理，處理的方法有兩種：一種是用拉通板支撐作為負(fù)筋，另一種是加雙向鋼筋網(wǎng)。地板陰陽角處應(yīng)采用放射性鋼筋。配置板鋼筋時應(yīng)遵循“直徑下、間距近”的原則，只有滿足這兩個條件，才能減少裂縫。例如，在某項目中選擇了四面預(yù)埋角結(jié)構(gòu)，在收縮力的作用下，樓板中間會形成貫通裂縫，四角開始傾斜，當(dāng)傾斜角度為45°時，應(yīng)采用雙層雙向加固的方法，使鋼筋間距保持在100mm，覆蓋樓板跨度1/4，以分散陰陽角處的應(yīng)力，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性能。

3.10 加強施工項目管理

（1）從項目管理體系的建設(shè)入手，在結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，要督促設(shè)計人員前往現(xiàn)場實地勘測，綜合準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和多方面的影響因素來完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，再聘請當(dāng)?shù)氐膶I(yè)人員參與設(shè)計方案的審查環(huán)節(jié)，確保施工團隊有更加合理的施工參考依據(jù)。建筑企業(yè)在建設(shè)項目管理體系時要深入分析當(dāng)前管理機制中存在的問題，然后結(jié)合建筑項目的實際施工情況并融入現(xiàn)代信息化管理手段，將新時代管理理論知識與實踐操作相結(jié)合，構(gòu)建符合自身實際情況的針對性動態(tài)管理模式。

（2）建筑企業(yè)應(yīng)加強對結(jié)構(gòu)設(shè)計人員和現(xiàn)場施工人員的專業(yè)技能培訓(xùn)，使所有參與項目建設(shè)的人員都能具有豐富的設(shè)計或建造經(jīng)驗，從而提前預(yù)判項目中可能出現(xiàn)的建筑結(jié)構(gòu)裂縫并制定備用方案。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員與現(xiàn)場施工人員的職業(yè)素養(yǎng)直接關(guān)系到工程項目的整體質(zhì)量，因此，建筑企業(yè)必須對所有員工進(jìn)行專業(yè)技能的教育培訓(xùn)，使管理人員、結(jié)構(gòu)設(shè)計人員、現(xiàn)場施工人員都能具有良好的職業(yè)素養(yǎng)，從而推動工程項目管理體系的正常運轉(zhuǎn)。另外，建筑企業(yè)還應(yīng)強化全員的安全質(zhì)量意識，從思想上督促工作人員提高對建設(shè)項目安全質(zhì)量的重視程度，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計人員制定經(jīng)濟與質(zhì)量兼具的方案計劃，現(xiàn)場施工人員要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亻_展高質(zhì)量項目建設(shè)。

（3）對建筑材料和設(shè)施設(shè)備進(jìn)行管理。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在選擇材料時，應(yīng)根據(jù)項目需求，在材質(zhì)和型號方面選擇性價比高的建材，保證施工材料對當(dāng)?shù)貝毫犹鞖?、環(huán)境溫度等實際情況具有相應(yīng)的高抗性能，從而避免建筑結(jié)構(gòu)開裂。材料與設(shè)施管理人員應(yīng)重視相關(guān)的選購、出入庫和儲存工作，在選購階段應(yīng)提前了解市場價格波動情況，并對承包商的產(chǎn)品資質(zhì)等進(jìn)行調(diào)查，以滿足材料和設(shè)施的經(jīng)濟性和安全質(zhì)量要求；在儲存環(huán)節(jié)要嚴(yán)格按照材料和設(shè)施的特殊要求進(jìn)行并落實，以免材料因保存不當(dāng)造成質(zhì)量下降和資源浪費，從而影響工程質(zhì)量和施工效率。

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑工程施工階段，裂縫是一個普遍存在的問題，裂縫的科學(xué)控制預(yù)防對建筑質(zhì)量、安全、美觀有重要影響。因此，建筑工程設(shè)計、施工階段必須對裂縫問題予以重點關(guān)注，對裂縫的成因進(jìn)行深入分析，制定科學(xué)合理的控制對策，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)可行，并對施工建設(shè)進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)格管理，有效避免裂縫發(fā)生，為建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量及安全性、美觀性提供可靠保障。