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摘要：随着建筑技术的发展，建筑物的高度越来越高，结构设计要求也越来越高。建筑裂缝同样应得到重视，如果发生裂缝，会导致建筑物发生渗漏或影响结构物的整体性能及抗震性能。本文分析了建筑工程结构设计中裂缝产生的主要原因，探讨了建筑结构设计裂缝预防措施。
关键词：建筑结构设计裂缝原因预防措施
中图分类号：TV543文献标识码： A 文章编号：
我国国民经济的高速增长，带动了建筑业的快速、持续的发展。随着建筑向大型化和多功能发展，混凝土强度等级的提高，施工中泵送混凝土工艺的应用，混凝土结构易出现的裂缝有逐渐增多的趋势。这其中有些裂缝在使用荷载或外界物理及化学因素作用下，不断产生和发展引起混凝土碳化、保护层剥落及钢筋锈蚀，使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱， 影响结构的耐久性和整体性。同时也会给使用者感官和心理上造成不良影响。因此对于这一问题应尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。
一、建筑工程结构设计中裂缝产生的主要原因
通常情况下，在建筑工程结构设计当中，裂缝的产生主要是针对混凝土而言的，基于此点，下面对混凝土结构裂缝形成的具体原因进行分析。
1、由塑性变形引发的裂缝
这种类型的裂缝一般出现在混凝土硬化前，形成原因是混凝土在硬化前本身处于塑性状态，由于上部结构的均匀沉降受到一定限制，致使结构出现裂缝。在混凝土结构当中，若骨料的粒径过大或钢筋的直径过粗以及混凝土的表面积加大时，均会导致混凝土的水平收缩较之垂直方向的收缩更加困难，进而形成不规则的裂缝，这些裂缝的表现形式为互相平行，裂缝之间的间距一般为0.3～1.0mm 左右，同时裂缝本身存在一定的深度。
2、结构裂缝
随着施工技术水平的不断提高，在一些采用现浇楼板的建筑工程中，浇筑完成后的楼板承载能力基本上都能够满足设计要求。但如果将预制多孔板改为现浇楼板时，则会导致墙体的刚度增大，从而是原有楼板的刚度减弱，这样有可能一些墙体的截面突变位置或是较为薄弱的地方产生裂缝。如墙角应力比较集中的位置等。
3、由温度应力导致的裂缝
形成此类裂缝的主要原因为混凝土在浇筑完成以后，由于聚积在混凝土内部的水泥水化热很难散发出去，从而导致混凝土内部的温度较高，同时混凝土表面与外界接触时，表面的温度因外界环境的作用散热较快，此时便会使混凝土内外的温差过大，最终混凝土内部会产生压应力，而表面则会出现拉应力。混凝土由于刚刚浇筑完毕，其龄期较短，抗拉强度也相对较弱，当表面的拉应力超过混凝土自身的极限抗拉强度时，混凝土表面便会出现裂缝。
4、应力裂缝
形成此类裂缝的主要原因是混凝土结构收缩徐变造成的。其中较为常见的裂缝形式包括结构自身收缩、干燥收缩、塑性收缩以及炭化收缩。混凝土结构在浇筑完成之后，其将会进入硬化过程，在这一过程中，由于混凝土内部的水分不断蒸发，从而使混凝土的体积逐渐缩小，进而产生收缩，混凝土在收缩时由于受到支座的约束，无法自由伸展，当约束应力达到一定程度时，势必会导致现浇的混凝土板开裂，开裂的位置一般都出现在应力较为集中的地方。此外，若混凝土未達到一定强度时便过早的拆模或是混凝土未完全凝固时便在其上施加荷载，也都会导致混凝土出现裂缝。
二、建筑结构设计裂缝预防措施
1、 伸缩缝的设置
设置伸缩缝的目的是为了使混凝土结构在温度变化或混凝土收缩时, 不至于因结构体形过大, 胀缩变形积累过多而导致结构发生设计功能或耐久性方面的伤害 。
在实际工程中, 有一些结构出于建筑功能上的要求而未遵守规范的有关伸缩缝设置规定, 甚至大大超过了伸缩缝间距的限值, 却没有大裂缝的产生, 但是也有一些遵照规范规定设置却出现较大裂缝的结构, 可以说, 在伸缩缝设置的间距这个问题上, 或多或少地带有一定的不确定性, 作为设计人员不能抱着一种“只要是按照规范设置, 其他问题不去考虑”的态度, 在考虑伸缩缝设置的时候一定要根据工程的实际, 具体情况具体分析, 除了严格在规范规定的范围设置伸缩缝外, 当建筑物长度接近规范值时,也应当尽可能地根据建筑平面的情况采取适当的其他措施来加强结构的抗裂能力, 如混凝土中加入添加剂( 如微膨胀剂、纤维等) ,结构平面薄弱位置采取加厚板面、增加配筋等方式予以加强。在设置伸缩缝的时候, 为了平面功能和处理立面的需要, 设计人员还往往采用设后浇带或加强带方式代替伸缩缝的处理。采用设后浇带的方式对于解决混凝土早期收缩效果是比较理想的, 需要引起设计人员特别注意的是, 加强带只能用来处理结构平面薄弱位置的加强处理或在已设置了伸缩缝、后浇带的前提下辅助处理结构伸缩的问题, 不能用来替代伸缩缝、后浇带的设置。
另外, 在设计中, 一定要慎重处理超长建筑混凝土中加入微膨胀剂的问题。从理论上, 只要在混凝土中加入适量的微膨胀剂, 就可以使混凝土收缩时的拉应力不超过抗拉强度, 伸缩缝的间距可以不受限制, 但是实际上, 由于加入微膨胀剂后混凝土的膨胀率有很大的离散性, 所以往往很难在计算上解决微膨胀剂添加量与伸缩缝设置间距的定量关系, 所以, 在实际应用中, 采用了微膨胀剂后, 仍然要结合其他措施( 如后浇带、加强带等) , 并进行适当的验算, 才能超出规范的限值加大伸缩缝的间距。
2、 混凝土强度等级的设计
由于高强度等级混凝土的应用越来越广泛, 可供实际应用的混凝土强度等级也越来越高, 这就为设计人员减少结构柱墙的尺寸, 增加建筑平面的有效使用面积提供了越来越大的空间。
但是, 随着混凝土强度等级的提高也使混凝土中水泥的用量大大增加, 大量的研究和实验表明“水泥用量越大, 含水量越高,则混凝土收缩变形越大” 这就意味着, 混凝土收缩开裂的可能性也越大。特别是泵送混凝土, C20~ C60 泵送混凝土水泥用量一般达350 kg/ m3~ 600 kg/ m3。水泥在水化过程中会产生大量的热量, 每克水泥大约放出502 J 的热量, 如果以水泥用量350 kg/ m3~600 kg / m3 来计算, 每立方米混凝土将放出175. 7 kJ~ 301. 2 kJ的热量, 温差产生温度应力, 温度越大, 温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力( 包括混凝土抗拉强度) 时,就会使混凝土产生早期裂缝。据实验研究, 每立方米混凝土的水泥用量增减10 kg , 混凝土水化使混凝土的温度相应升高或降低1℃。可见, 降低水泥用量对于解决混凝土裂缝确实可以起到非常重要的作用。国内某大城市已经出台了一份5控制住宅工程钢筋混凝土现浇楼板裂缝的技术导则6 , 其中对楼板混凝土强度等级的建议为：现浇楼板强度等级不宜大于C300 。
然而, 在实际工作中, 设计人员往往按“梁板混凝土强度等级不宜与柱相差两级以上”的原则, 在提高柱墙混凝土强度等级时,往往把梁板混凝土强度等级也随着柱墙设计得很大, 从上面的分析可知这样做实际上对建筑物的抗裂是很不利的。而且, 提高混凝土强度等级对梁板等以受弯为主的构件在受力上帮助不大, 增加的水泥用量只能是白白地浪费了。经过多年的施工实践, 目前在处理现浇混凝土柱与梁板强度等级不同时, 施工上已经有了成熟又有效的工艺, 所以, 这就要求设计人员在实际的设计工作中,慎重地选择混凝土强度等级, 使设计既经济又安全。
3、在结构设计中应用钢纤维混凝土控制结构裂缝
近年来，钢纤维混凝土理论有了较大的发展，已趋于成熟。但在工程实际中的应用还有待推广。在钢筋混凝土梁的底部加人适当的钢纤维，使其与钢筋混凝土梁中的钢筋共同抵抗开裂，可明显提高抗裂能力；使其达到设计要求，同时符合《混凝土结构设计规范》中有关抗裂度或裂缝宽度的规定。对于钢筋钢纤维混凝土梁，当掺人钢纤维的体积率在1.0%一1.5%， 受拉区钢纤维混凝土层达到0.3 倍的截面高度时，钢纤维就能很好的降低裂缝宽度。同时，受拉区钢纤维混凝土层达到0.3 倍的梁截面高度后，弯拉性能将接近全截面钢纤维混凝土梁。钢筋钢纤维混凝土构件的正常使用性能比钢筋混凝土构件有明显改善的主要原因有：钢纤维依靠粘结力给混凝土基体裂缝尖端应力场施加了一个反向的应力场， 缓和了混凝土基体裂缝尖端的应力集中，阻止了裂缝的进一步发展，使荷载作用下的裂缝开展滞后，使构件开裂较晚；跨越裂缝的钢纤维仍能传递应力，使这些钢纤维与未裂混凝土共同承担裂缝截面上的部分拉力， 降低了裂缝截面上的钢筋应力，对裂缝开展起着约束作用，提高了裂缝之间混凝土的整体性和构件的刚度；钢纤维增强了混凝土与纵向钢筋间的粘结锚固力，使钢筋的粘结滑移减小，既降低了钢筋的平均应变，又使主裂缝间钢纤维混凝土平均拉应变显著提高，并产生许多微细裂缝，从而降低了主裂缝宽度。
由实际工程与理论计算可见，当梁受拉区适当范围内加人适当的钢纤维，保持在不改变任何已有条件的情况下，梁的最大裂缝宽度降低，抗裂度提高，这种方法可以很好的应用于人民空地下室结构设计，也可以用于对抗裂度要求较高的各种混凝土结构；同时，此方法的应用可使一些复杂繁琐的裂缝宽度演算、控制的措施变得简单。
参考文献：
[1] 周连民.混凝土裂缝的预防和处理[J]. 中国高新技术企业. 2009(12)
[2] 周天良.混凝土裂缝成因分析及控制措施研究[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2009(02)
关键词：建筑结构设计裂缝原因预防措施
中图分类号：TV543文献标识码： A 文章编号：
我国国民经济的高速增长，带动了建筑业的快速、持续的发展。随着建筑向大型化和多功能发展，混凝土强度等级的提高，施工中泵送混凝土工艺的应用，混凝土结构易出现的裂缝有逐渐增多的趋势。这其中有些裂缝在使用荷载或外界物理及化学因素作用下，不断产生和发展引起混凝土碳化、保护层剥落及钢筋锈蚀，使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱， 影响结构的耐久性和整体性。同时也会给使用者感官和心理上造成不良影响。因此对于这一问题应尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。
一、建筑工程结构设计中裂缝产生的主要原因
通常情况下，在建筑工程结构设计当中，裂缝的产生主要是针对混凝土而言的，基于此点，下面对混凝土结构裂缝形成的具体原因进行分析。
1、由塑性变形引发的裂缝
这种类型的裂缝一般出现在混凝土硬化前，形成原因是混凝土在硬化前本身处于塑性状态，由于上部结构的均匀沉降受到一定限制，致使结构出现裂缝。在混凝土结构当中，若骨料的粒径过大或钢筋的直径过粗以及混凝土的表面积加大时，均会导致混凝土的水平收缩较之垂直方向的收缩更加困难，进而形成不规则的裂缝，这些裂缝的表现形式为互相平行，裂缝之间的间距一般为0.3～1.0mm 左右，同时裂缝本身存在一定的深度。
2、结构裂缝
随着施工技术水平的不断提高，在一些采用现浇楼板的建筑工程中，浇筑完成后的楼板承载能力基本上都能够满足设计要求。但如果将预制多孔板改为现浇楼板时，则会导致墙体的刚度增大，从而是原有楼板的刚度减弱，这样有可能一些墙体的截面突变位置或是较为薄弱的地方产生裂缝。如墙角应力比较集中的位置等。
3、由温度应力导致的裂缝
形成此类裂缝的主要原因为混凝土在浇筑完成以后，由于聚积在混凝土内部的水泥水化热很难散发出去，从而导致混凝土内部的温度较高，同时混凝土表面与外界接触时，表面的温度因外界环境的作用散热较快，此时便会使混凝土内外的温差过大，最终混凝土内部会产生压应力，而表面则会出现拉应力。混凝土由于刚刚浇筑完毕，其龄期较短，抗拉强度也相对较弱，当表面的拉应力超过混凝土自身的极限抗拉强度时，混凝土表面便会出现裂缝。
4、应力裂缝
形成此类裂缝的主要原因是混凝土结构收缩徐变造成的。其中较为常见的裂缝形式包括结构自身收缩、干燥收缩、塑性收缩以及炭化收缩。混凝土结构在浇筑完成之后，其将会进入硬化过程，在这一过程中，由于混凝土内部的水分不断蒸发，从而使混凝土的体积逐渐缩小，进而产生收缩，混凝土在收缩时由于受到支座的约束，无法自由伸展，当约束应力达到一定程度时，势必会导致现浇的混凝土板开裂，开裂的位置一般都出现在应力较为集中的地方。此外，若混凝土未達到一定强度时便过早的拆模或是混凝土未完全凝固时便在其上施加荷载，也都会导致混凝土出现裂缝。
二、建筑结构设计裂缝预防措施
1、 伸缩缝的设置
设置伸缩缝的目的是为了使混凝土结构在温度变化或混凝土收缩时, 不至于因结构体形过大, 胀缩变形积累过多而导致结构发生设计功能或耐久性方面的伤害 。
在实际工程中, 有一些结构出于建筑功能上的要求而未遵守规范的有关伸缩缝设置规定, 甚至大大超过了伸缩缝间距的限值, 却没有大裂缝的产生, 但是也有一些遵照规范规定设置却出现较大裂缝的结构, 可以说, 在伸缩缝设置的间距这个问题上, 或多或少地带有一定的不确定性, 作为设计人员不能抱着一种“只要是按照规范设置, 其他问题不去考虑”的态度, 在考虑伸缩缝设置的时候一定要根据工程的实际, 具体情况具体分析, 除了严格在规范规定的范围设置伸缩缝外, 当建筑物长度接近规范值时,也应当尽可能地根据建筑平面的情况采取适当的其他措施来加强结构的抗裂能力, 如混凝土中加入添加剂( 如微膨胀剂、纤维等) ,结构平面薄弱位置采取加厚板面、增加配筋等方式予以加强。在设置伸缩缝的时候, 为了平面功能和处理立面的需要, 设计人员还往往采用设后浇带或加强带方式代替伸缩缝的处理。采用设后浇带的方式对于解决混凝土早期收缩效果是比较理想的, 需要引起设计人员特别注意的是, 加强带只能用来处理结构平面薄弱位置的加强处理或在已设置了伸缩缝、后浇带的前提下辅助处理结构伸缩的问题, 不能用来替代伸缩缝、后浇带的设置。
另外, 在设计中, 一定要慎重处理超长建筑混凝土中加入微膨胀剂的问题。从理论上, 只要在混凝土中加入适量的微膨胀剂, 就可以使混凝土收缩时的拉应力不超过抗拉强度, 伸缩缝的间距可以不受限制, 但是实际上, 由于加入微膨胀剂后混凝土的膨胀率有很大的离散性, 所以往往很难在计算上解决微膨胀剂添加量与伸缩缝设置间距的定量关系, 所以, 在实际应用中, 采用了微膨胀剂后, 仍然要结合其他措施( 如后浇带、加强带等) , 并进行适当的验算, 才能超出规范的限值加大伸缩缝的间距。
2、 混凝土强度等级的设计
由于高强度等级混凝土的应用越来越广泛, 可供实际应用的混凝土强度等级也越来越高, 这就为设计人员减少结构柱墙的尺寸, 增加建筑平面的有效使用面积提供了越来越大的空间。
但是, 随着混凝土强度等级的提高也使混凝土中水泥的用量大大增加, 大量的研究和实验表明“水泥用量越大, 含水量越高,则混凝土收缩变形越大” 这就意味着, 混凝土收缩开裂的可能性也越大。特别是泵送混凝土, C20~ C60 泵送混凝土水泥用量一般达350 kg/ m3~ 600 kg/ m3。水泥在水化过程中会产生大量的热量, 每克水泥大约放出502 J 的热量, 如果以水泥用量350 kg/ m3~600 kg / m3 来计算, 每立方米混凝土将放出175. 7 kJ~ 301. 2 kJ的热量, 温差产生温度应力, 温度越大, 温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力( 包括混凝土抗拉强度) 时,就会使混凝土产生早期裂缝。据实验研究, 每立方米混凝土的水泥用量增减10 kg , 混凝土水化使混凝土的温度相应升高或降低1℃。可见, 降低水泥用量对于解决混凝土裂缝确实可以起到非常重要的作用。国内某大城市已经出台了一份5控制住宅工程钢筋混凝土现浇楼板裂缝的技术导则6 , 其中对楼板混凝土强度等级的建议为：现浇楼板强度等级不宜大于C300 。
然而, 在实际工作中, 设计人员往往按“梁板混凝土强度等级不宜与柱相差两级以上”的原则, 在提高柱墙混凝土强度等级时,往往把梁板混凝土强度等级也随着柱墙设计得很大, 从上面的分析可知这样做实际上对建筑物的抗裂是很不利的。而且, 提高混凝土强度等级对梁板等以受弯为主的构件在受力上帮助不大, 增加的水泥用量只能是白白地浪费了。经过多年的施工实践, 目前在处理现浇混凝土柱与梁板强度等级不同时, 施工上已经有了成熟又有效的工艺, 所以, 这就要求设计人员在实际的设计工作中,慎重地选择混凝土强度等级, 使设计既经济又安全。
3、在结构设计中应用钢纤维混凝土控制结构裂缝
近年来，钢纤维混凝土理论有了较大的发展，已趋于成熟。但在工程实际中的应用还有待推广。在钢筋混凝土梁的底部加人适当的钢纤维，使其与钢筋混凝土梁中的钢筋共同抵抗开裂，可明显提高抗裂能力；使其达到设计要求，同时符合《混凝土结构设计规范》中有关抗裂度或裂缝宽度的规定。对于钢筋钢纤维混凝土梁，当掺人钢纤维的体积率在1.0%一1.5%， 受拉区钢纤维混凝土层达到0.3 倍的截面高度时，钢纤维就能很好的降低裂缝宽度。同时，受拉区钢纤维混凝土层达到0.3 倍的梁截面高度后，弯拉性能将接近全截面钢纤维混凝土梁。钢筋钢纤维混凝土构件的正常使用性能比钢筋混凝土构件有明显改善的主要原因有：钢纤维依靠粘结力给混凝土基体裂缝尖端应力场施加了一个反向的应力场， 缓和了混凝土基体裂缝尖端的应力集中，阻止了裂缝的进一步发展，使荷载作用下的裂缝开展滞后，使构件开裂较晚；跨越裂缝的钢纤维仍能传递应力，使这些钢纤维与未裂混凝土共同承担裂缝截面上的部分拉力， 降低了裂缝截面上的钢筋应力，对裂缝开展起着约束作用，提高了裂缝之间混凝土的整体性和构件的刚度；钢纤维增强了混凝土与纵向钢筋间的粘结锚固力，使钢筋的粘结滑移减小，既降低了钢筋的平均应变，又使主裂缝间钢纤维混凝土平均拉应变显著提高，并产生许多微细裂缝，从而降低了主裂缝宽度。
由实际工程与理论计算可见，当梁受拉区适当范围内加人适当的钢纤维，保持在不改变任何已有条件的情况下，梁的最大裂缝宽度降低，抗裂度提高，这种方法可以很好的应用于人民空地下室结构设计，也可以用于对抗裂度要求较高的各种混凝土结构；同时，此方法的应用可使一些复杂繁琐的裂缝宽度演算、控制的措施变得简单。
参考文献：
[1] 周连民.混凝土裂缝的预防和处理[J]. 中国高新技术企业. 2009(12)
[2] 周天良.混凝土裂缝成因分析及控制措施研究[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2009(02)