建筑工程结构设计中裂缝控制研究

引言

在整个建筑工程的生命周期里，裂缝控制工作是非常关键的，裂缝会破坏建筑物的美观性，而且有可能导致建筑物的结构性能下降，甚至引发安全事故，我国建筑行业快速发展，对建筑工程结构设计质量的要求也越来越高，裂缝控制研究成了一个热门话题。

1 建筑工程结构设计中裂缝控制重要性

结构安全性的保障。承载力影响：裂缝，特别是受力裂缝，会削弱构件截面，降低钢筋与混凝土的粘结力，从而减小承载力，严重的会造成应力集中，加速结构破坏，比如梁板的断裂，柱子的压溃等。抗震性能：地震作用下，裂缝若未受控制可能会扩展为贯通裂缝，这是结构延性不足而发生脆性破坏的关键因素。腐蚀渗透：裂缝是水、氯离子、二氧化碳等有害介质入侵的有效途径，导致钢筋锈蚀、混凝土碳化，缩短结构寿命，比如沿海地区或化工厂房对裂缝宽度要求更加严格，一般要求裂缝宽度≤0.2mm 。冻融破坏：寒冷地区水分渗入裂缝冻胀致混凝土进一步开裂。防水防渗：地下室、水池等裂缝敏感部位，微裂缝亦可引发渗漏，影响正常使用美观与心理影响。可见，裂缝易引发用户对结构安全的担忧及纠纷。

2 建筑结构设计裂缝成因分析

材料因素。不同品种的水泥水化热特性不同，如硅酸盐水泥水化热高，在大体积混凝土施工中，若使用不当，会因内部温度过高产生较大的温度应力，引发裂缝。水泥强度等级选择不合理，也可能导致混凝土强度与结构受力不匹配，产生裂缝。骨料的级配不良会使混凝土的空隙率增大，需水量增加，从而导致混凝土收缩增大，容易产生裂缝。骨料含泥量过高会降低骨料与水泥石之间的黏结力，影响混凝土的强度和耐久性，增加裂缝产生的可能性。粒径大小也会影响混凝土的和易性和强度，粒径过大可能导致混凝土振捣不密实，粒径过小则会增加水泥用量和收缩变形。外加剂使用不当也是引发裂缝的常见因素之一。

3 建筑工程结构设计中裂缝控制策略

3.1 修复材料性能测试与优选

基于智能监测系统获取的裂缝特征参数，建立修复材料性能需求指标体系。对于温度应力主导型裂缝，优选具有良好变形适应性的材料；对于荷载应力主导型裂缝，重点考察力学性能指标。环氧树脂材料表现出优异的力学性能，抗压强度达到85MPa，抗拉强度18MPa，粘结强度 8.5MPa 。改性聚氨酯具有良好的弹性变形能力，断裂伸长率达 300% ，适用于活动性裂缝修复。水泥基修复材料与混凝土基体相容性好，28d 抗压强度可达65MPa。材料渗透性能试验表明，环氧树脂表观渗透系数为 3.2×10-6m/s 。耐久性试验包括冻融循环、干湿循环与碳化试验，建立材料综合评分体系，为修复材料选择提供依据。

3.2 施工阶段的裂缝控制措施

在施工阶段，对钢筋混凝土结构裂缝进行治理的策略同样极为关键，针对这些工程规模宏大、功能繁琐复杂的综合性建筑领域而言，施工安全与质量标准需进一步强化，加强裂缝控制。在施工环节必须构建一个科学合理的施工技术体系，严格把关原材料品质，采用达标的国家规范及设计规范的优良水泥、砂石和钢筋等建材，避免因物料品质不佳造成的裂缝。在混凝土调配环节，还应该严格把控配比比例，保证水泥混凝土的流态、抗压强度及耐久度符合设计要求，需强化对混凝土浇注、捣实及保养等步骤的管控，务必做到水泥混凝土的密度均匀分布，减少内部不足，增强裂缝抵抗能力。在钢筋的捆绑与装置阶段，必须依照设计图样和规范标准进行操作，务必保证钢筋布局、间隔及防护层厚度达标，避免因钢筋布置不妥引起的裂缝。处理那些体型巨大且外形不规整的混凝土制品，应当采用分步、分层的浇筑技术，妥善处理施工裂缝及超长结构的施工后浇带，减少温度应力和收缩应力对结构可靠性的破坏。建设作业时段，必须增强对地基沉降、温度波动等环境因素导致结构应力分布变化的监控与控制级别，如发现问题，应马上实施调整补偿计划，阻隔由外界引起的裂痕。还应该加强对施工人员培训及管理，增强对裂缝管理关键性的认知与实际操作能力，以此来保证施工安全措施得到切实进行并落实到位，通过采取这些综合性的裂缝防治办法，能显著降低施工过程中钢筋混凝土结构裂缝的形成及发展，提高建筑的整体统一性及耐久力，保障建设项目在持续运行中的安全可靠度，打造一个更安全、更舒适、更美观的居住与办公环境。

3.3 设计控制措施

在结构设计阶段，应优化结构形式与布局，避免构件截面突变，使结构受力均匀。合理设置伸缩缝、后浇带、加强带等构造措施，可有效释放混凝土的温度应力和收缩应力，减少裂缝产生。在高层建筑中，设置后浇带可避免因混凝土收缩和温度变化产生的裂缝。准确考虑各种荷载作用是保证结构安全的基础，在设计中，对永久荷载、可变荷载、偶然荷载等进行精确计算，合理确定荷载组合。对于特殊结构或复杂环境下的建筑，还需进行专项荷载分析，确保结构设计承载能力满足实际需求。

3.4 施工工艺与养护管理

即便材料与设计优良，施工工艺不当仍可能导致裂缝，故须严格控制浇筑、养护及环境因素混凝土浇筑工艺。分层浇筑与振捣：大体积混凝土分层浇筑（每层 ≤500mm ），避免冷缝，充分振捣密实，但避免过振导致骨料下沉、表面泌水。跳仓法施工：超长结构（地下室）可分仓浇筑（仓格尺寸 ≤40m ），隔 7~10d 再补浇后浇带，利用“抗放结合”原理降低约束应力。温度控制措施。降温与保温：大体积混凝土内部埋设冷却水管（间距1～1.5m, ），通水循环降温；表面覆盖保温层（土工布），控制内外温差 ≤25^∘C 。环境适应性施工：高温季节夜间浇筑，冬季暖棚加热，避免温差骤变养护制度。早期保湿养护：浇筑后12 小时内覆盖塑料薄膜或湿麻袋，保持湿润养护不少于14 天（高性能混凝土需延长养护时间）延迟拆模：梁、板底模拆除时间延至21 天（跨度 >8m ），防止过早承载导致裂缝监测与修复。实时监测：采用应变计、裂缝观测仪监测混凝土硬化过程中的应力变化，动态优化养护策略裂缝修补：无害裂缝（宽度 <0.2mm ）可注环氧树脂，有害裂缝需用碳纤维布加固。

结语

裂缝控制是建筑结构设计中关乎安全与耐久性的重要课题，裂缝产生的原因比较繁杂，包含材料性质，设计不合理，施工失误，环境状况等等，所以，裂缝控制要综合各种因素，从设计，施工到维护各个环节实施严格把控。有效的裂缝控制策略对提升建筑物整体性能意义重大，恰当的结构设计可削减裂缝产生的几率，先进的施工技术与材料选择能减小裂缝产生并扩展的可能性。裂缝控制不只是避免裂缝的出现，还包括对已经产生的裂缝进行处理和修复，合理的处理方法不但能恢复建筑物的使用功能，而且可以延长建筑物的寿命。

参考文献

[1]何玉龙.建筑工程中钢筋混凝土高层建筑结构设计研究[J].城市建设理论研究(电子版),2024(20):100-102.

[2]李忠文.高层建筑工程中钢筋混凝土剪力墙结构设计分析[J].住宅与房地产,2023(11):74-76.

[3]江文涛,刘站,谭雄.民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J].进展:科学视界,2023(1):92-93.