建筑工程结构设计中裂缝问题的发生原因及对策俞再鸿

建筑工程结构设计中裂缝问题的发生原因及对策俞再鸿

俞再鸿

上海经纬建筑规划设计研究院股份有限公司浙江分公司浙江杭州市310000

摘要：随着我国建筑行业的不断发展，市场对建筑的安全性和耐久性有了更高的要求。钢筋混凝土常作为建筑工程结构的主要施工材料，因此，混凝土工程在建筑结构设计中起着重要的作用。然而，在钢筋混凝土工程中经常出现一些质量问题，比如裂缝，裂缝将严重影响施工质量、安全性和耐久性。所以如何解决好建筑结构设计中的裂缝问题已经成为建筑结构建设的关键步骤，裂缝问题不仅是材料力学强度不足的问题，而且还涉及如何控制混凝土的温度变形裂缝在建筑结构中，如何提高混凝土抗裂性、抗渗和抗侵蚀和其他方面的问题。本文从建筑工程设计中裂缝问题的产生原因出发，对裂缝的不同类型和产生原因进行了分析，同时提出了相应的对策，以提高建筑结构的使用性能、安全性和耐久性，延长建筑物的使用寿命。

关键词：建筑结构设计；钢筋混凝土；裂缝；产生原因；对策；

1.建筑工程结构中裂缝危害性

裂缝问题是建筑工程设计中常见的质量问题。在建筑结构的建设和使用过程中，采用钢筋混凝土作为主要的建筑材料，在荷载作用下，钢筋混凝土结构在使用的过程中通常伴随着混凝土裂缝，同时二氧化碳从大气中穿透混凝土裂缝进入混凝土，加速混凝土的碳化，导致钢筋锈蚀，建筑结构稳定性和安全性变差。此外，环境中的其他化学介质、气体、氧气和水分子通过裂缝进入结构内部也对建筑物结构产生有害的影响——这些物质通过裂缝破坏钢筋混凝土结构和钢表面钝化膜，在钢的表面发生电化学反应，引起钢筋腐蚀，影响结构的使用寿命和耐久性。建筑结构的墙体裂缝将导致建筑物的渗漏，使建筑物的强度、刚度、耐久性和抗震性能降低，如果墙体裂缝进一步扩展，也可能危及建筑使用者的生命和财产安全。

建筑工程裂缝不仅影响建筑物美观和使用要求，同时还可能破坏结构的完整性、安全性和抗震性能，降低结构的耐久性和使用寿命。因此，如何解决建筑设计中的裂缝问题，已成为评判建筑安全性能的质量标准。建筑工程结构设计人员应认真分析建筑结构裂缝产生的原因，同时应制定相应的防治措施，以提高我国建筑结构的耐久性和安全性，提高工程质量。

2.建筑工程结构中裂缝的类型及产生原因

2.1微观裂缝和宏观裂缝

建筑结构在使用过程中一般承受两大荷载作用，即荷载作用和非荷载作用。而在混凝土凝固过程中，由于受相关约束力的共同作用，其凝固硬化时的体积变化并不均匀，因此在结构内部首先产生微观裂缝，主要有以下三种类型：①在骨料和水泥石的粘接面上沿着骨料周围产生的黏着裂缝；②在水泥石的内部产生水泥石裂缝；③骨料本身产生的骨料裂缝。这些微观裂缝对混凝土的基本物理力学性能产生了一定的影响，但是在外荷载不大或者是外荷载所引起的变形作用不明显时，微裂缝的影响并不明显。

但是，当外荷载逐渐增大时，建筑结构产生的变形也随之增大，导致微裂缝逐渐扩展增大。当外荷载的应力大于混凝土结构的极限抗拉强度时，微观裂缝就会变成肉眼可见的宏观裂缝。宏观裂缝是建筑结构中常见的质量问题，除了影响建筑物的美学外观以外，还会降低工程质量，从而影响建筑物的安全性和耐久性。

2.2荷载裂缝与非荷载裂缝

荷载裂缝是由设计动荷载和静荷载产生的应力或二次应力引起的混凝土裂缝。非荷载裂缝是由建筑物结构变形引起的，如体积的变化，是由一定的外部和内部结合效果所引起的；例如，钢筋锈蚀、碱骨料反应、不均匀沉降、温度应力、收缩和膨胀应力等，非荷载裂缝将导致混凝土的非负荷开裂。

2.3温度收缩裂缝

混凝土的体积变化是混凝土收缩裂缝的主要原因。混凝土体积变化的主要原因是混凝土在胶凝过程中，混凝土收缩引起的体积变化、混凝土本身温度的上升和下降引起的体积变化。当混凝土结构收缩受拉时受到的拉伸应变大于混凝土结构所用材料的极限拉伸情况时，将产生温度收缩裂缝。研究表明，混凝土的温度收缩裂缝主要取决于混凝土结构收缩变形的大小、混凝土结构变形受到的约束程度以及所用材料的抗拉强度的大小等。

2.4有害裂缝和无害裂缝

在建筑工程结构中，混凝土结构的裂缝是不可避免的，但可以通过人为控制裂缝的有害程度。因此，根据裂缝的危害性，将混凝土裂缝分为有害裂缝和无害裂缝两种类型。一般工程结构中，当建筑物的可见裂缝已经影响或者是可能发展到影响建筑物的结构性能、承载力和使用功能及耐久性时，可看作有害裂缝。而当建筑物上出现的混凝土可见裂缝仅影响建筑结构的外观，但是对建筑物的结构性能、承载力和使用功能及耐久性不会有很大的影响时，可看作是无害裂缝。

2.5建筑工程结构设计中裂缝产生的原因

除了以上裂缝的类型及对应类型的产生原因外，建筑工程结构设计中的裂缝还可能由于设计、材料或施工而产生。主要集中在以下几个方面：

建筑结构设计不科学。在建筑结构设计时，很多设计都没有严格按照规范进行设计，尤其是裂缝防止方面。另外，有些工程在设计时虽然采取了相关防裂缝措施，但是不符合规范要求，导致设计无法满足防止裂缝的要求。同时，建筑施工材料的质量好坏也对裂缝的产生有一定的影响，施工材料强度不足、建筑结构内外墙强度差过大都将导致墙体产生不同程度的裂缝。

地基不均匀沉降。在软土地基上，由于地基的不均匀沉降，使结构在较高剪切力作用下，在结构刚度、施工质量差、材料强度达不到要求的情况下，都会产生施工裂缝。此外，如果地面基础设置在冻结的土层上，由于冻胀的影响，也会有裂缝。

温度应力。混凝土结构的应力和应变主要是由混凝土内部和外部温差引起的。或者结构受到约束，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。其主要原因是：水泥的水化热太大；外部温度变化；混凝土的约束条件和收缩变形的影响。

3.建筑工程结构设计中裂缝的防治措施

建筑结构中混凝土结构一旦出现较大的裂缝便很难恢复建筑结构原有的整体性。由于裂缝问题的影响因素较多，建筑施工周期较长，因此需要在结构设计中进行精心设计，严格按照施工规范要求进行施工，加强后期使用过程中的维护工作。为了防止建筑结构出现裂缝，可以从以下几个方面着手：

选择合理的建筑结构形式。建筑结构对温度应力和裂缝有着重要的影响，因此，在设计阶段应充分考虑建筑结构形式的温度应力和断裂的影响，尽量减少温度应力裂缝，提高建筑工程的质量和建筑物的使用寿命。

严格控制混凝土的温度。在施工过程中，应减少混凝土浇注温度，以降低基本温差。在混凝土表面覆盖相应的保温材料，以减少内部和外部温差。混凝土施工完成后，应加强养护工作，严格控制温度。

选择优良的施工材料，优化混凝土的混合比例。应合理选择混凝土原料，选择混合比，以提高混凝土的抗裂性能。可以适当加入外加剂和混合材料，以提高混凝土的耐久性，减少裂缝的产生。

4.结束语

综上所述，建筑工程结构中，混凝土结构出现裂缝是无法避免的。建筑工程裂缝不仅影响美观和实用要求，同时还可能破坏结构的完整性和抗震性能，影响建筑结构的安全性，降低结构的耐久性和使用寿命。因此，建筑结构设计师应该仔细分析建筑结构裂缝形成的原因，制定相应的措施来预防和控制的同时，不断提高我国建筑结构的耐久性和安全性，提高项目的质量，为我国建筑行业的不断发展，提供新的方法和新的理论。

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