化工廠房鋼筋混凝土框架梁裂縫分析與對策

摘 要:化工廠房傳統(tǒng)上采用梁上部、下部相同的最大裂縫寬度限值0.2mm， 會(huì)使梁上部實(shí)配鋼筋比強(qiáng)度計(jì)算值提高60%以上，這樣造成梁上部配筋很大，甚至超筋，也不符合強(qiáng)柱弱梁的抗震概念設(shè)計(jì)。為了改善這個(gè)缺點(diǎn)，化工生產(chǎn)廠房應(yīng)該優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體是梁上部最大裂縫寬度限值按環(huán)境類別一類0.3mm控制;梁下部按環(huán)境類別二類或三類最大裂縫寬度限值0.2 mm控制。

關(guān)鍵詞:化工廠房， 鋼筋混凝土;框架梁， 裂縫寬度，優(yōu)化設(shè)計(jì)

1前 言

化工生產(chǎn)廠房與民用住宅相比，一般具有以下特點(diǎn):

(1) 化工生產(chǎn)廠房場址一般在江邊、海邊，例如上海的漕涇化工區(qū)、江蘇泰興新浦化工區(qū)等，廠房多為半封閉或敞開結(jié)構(gòu)，所以環(huán)境類別較高，一般為二類或三類;同時(shí)活載較大，通常為4～10 kN/m2，所以梁配筋本來就很大;如果機(jī)械地滿足最大裂縫寬度限值要求，設(shè)計(jì)出來的梁截面和配筋將更大。

(2) 化工生產(chǎn)廠房腐蝕等級(jí)一般為中腐蝕、弱腐蝕，通常有防腐面層和50 mm配筋的細(xì)石混凝土建筑面層。鑒于化工生產(chǎn)廠房有防腐面層和50 mm配筋的細(xì)石混凝土建筑面層的特點(diǎn)，從規(guī)范最大裂縫寬度限值控制的內(nèi)涵出發(fā)，建議在具備一定條件的情況下，梁上部最大裂縫寬度采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

2原因分析

參考相關(guān)資料，根據(jù)裂縫檢測結(jié)果、裂縫特征及沉降觀測結(jié)果可以判斷，工程框架梁的裂縫是屬于較典型的梁受溫度、收縮影響而產(chǎn)生的裂縫，裂縫產(chǎn)生原因較復(fù)雜，但由統(tǒng)計(jì)分析可知，框架梁開裂及擴(kuò)展的主要原因有以下幾方面。

3. 1 設(shè)計(jì)方面

1) 當(dāng)梁的截面尺寸較大時(shí)，由于中部箍筋間距相對大，在中部梁側(cè)面易產(chǎn)生垂直于梁軸線的收縮裂縫，且多集中在構(gòu)件的中部，呈中間寬兩端窄，裂至梁的上緣及下緣附近，其裂縫形態(tài)多沿短方向均勻地分布于相鄰兩根鋼筋之間，且與箍筋平行。這是由于梁上、下緣的附近配有較多的縱向筋，承受較大拉力，混凝土不易開裂;而梁的中部縱向筋稀少，沒有足夠的強(qiáng)度以抵抗這種拉應(yīng)力而發(fā)生開裂。為此， GB 5001022002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:應(yīng)在梁兩側(cè)沿梁高度配置縱向構(gòu)造鋼筋，每側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋(不包括梁上、下部受力鋼筋及架立筋) 的截面面積不應(yīng)小于腹板截面面積bhw 的0. 1 % ，且其間距不宜大于200 mm ，該框架梁的截面尺寸為250 mm ×700 mm ，縱向構(gòu)造鋼筋每側(cè)僅配置1 根直徑為12 mm 螺紋鋼筋，滿足不了要求，可能由此引起收縮裂縫。

2) 工程框架縱梁全長達(dá)60 m ，設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮溫度收縮的影響，中間未設(shè)伸縮縫，也沒有留設(shè)后澆帶，故加劇了框架梁混凝土裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)展。

3. 2 混凝土收縮作用

工程使用早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥。這種水泥的特點(diǎn)是結(jié)硬快，早期強(qiáng)度高，收縮大。其鋁酸三鈣凝結(jié)硬化最快，水化時(shí)放熱量最大。根據(jù)有關(guān)資料表明，其鋁酸三鈣百分比為規(guī)定含量的上限值。由此可見，在混凝土施工時(shí)，如能根據(jù)水泥特性加入適量緩凝劑將對混凝土收縮變形的控制是非常有益的。在拌制混凝土之前，必須按規(guī)定對水泥、粗細(xì)骨料等進(jìn)行檢驗(yàn)復(fù)試，不合格材料絕不使用。混凝土所使用的粗細(xì)骨料含泥量偏大，骨料粒徑偏細(xì)、骨料級(jí)配不良，混凝土水灰比、坍落度過大，使用過量粉砂等均易使混凝土收縮大而產(chǎn)生裂縫。

3裂縫性質(zhì)確定與優(yōu)化

3. 1梁上端裂縫性質(zhì)

規(guī)范[1]第3.3.4條注2對處于年平均濕度小于60%地區(qū)一類環(huán)境下的受彎構(gòu)件，其最大裂縫寬度限值可采用括號(hào)內(nèi)的數(shù)值即0.4mm，在正常情況下最大裂縫寬度限值為0.3mm，而在一些特殊情況下可以放寬到0.4mm。所以從中可以很清楚地看出:受彎構(gòu)件的裂縫寬度限值在一定條件下可以適當(dāng)放寬，化工生產(chǎn)廠房梁上端正是這種受彎構(gòu)件的裂縫。

3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

梁上部、下部均采用0.2 mm的裂縫控制限值，實(shí)際配筋與強(qiáng)度計(jì)算值之比，上部在1.6～1.7之間，而下部卻在1.1～1.2之間，明顯上下部實(shí)配鋼筋比例不協(xié)調(diào)，且造成梁構(gòu)件很大;在工程案例中，樓面活載只有6 kN /m2 ，四腿支撐的設(shè)備重540 kN，三跨分別為5m， 6m， 6m，還有懸臂2m，梁設(shè)計(jì)成450 mm (寬)×750 mm (高)才能符合要求，此時(shí)上部配筋14Φ 25 6 /6/2，配筋率為2.31%，由于頂部三排配筋，對混凝土澆筑很不利，同時(shí)跨高比達(dá)到了8，寬度450mm已經(jīng)把柱加寬了，對層高只有4m的樓層來說已經(jīng)是顯得非常笨重了。梁上部若按裂縫寬度0.3 mm控制，上部配筋10Φ25 6/4即可滿足要求，同時(shí)梁寬高均可以適當(dāng)減小，柱子也可以減小;若活載、設(shè)備重量、跨度再大一些，上部若按裂縫寬度0.2mm控制簡直就沒辦法設(shè)計(jì);通過對相同類型的廠房比較可知，裂縫控制限值將是梁柱尺寸和配筋的重要影響因素，所以化工生產(chǎn)廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁上部最大裂縫寬度的優(yōu)化設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)類似工程而言將非常必要。

4 處理方法與施工順序確定

4. 1 裂縫處理方法

(1) 對寬度在0. 10 mm 以上的裂縫應(yīng)沿其表面鑿U 字槽口深12 mm 左右，對鑿的槽必須清理表面松動(dòng)的浮塵或污物，用壓力水沖洗干凈后，灌滿環(huán)氧樹脂，待環(huán)氧樹脂完全固化后用1∶2. 5水泥砂漿抹平;對寬度在0. 10 mm 之下的裂縫用水泥砂漿涂刷封閉，以保護(hù)鋼筋。

(2) 建議盡快在屋頂施工架空隔熱層，定期對處理后的裂縫進(jìn)行觀測。

(3)由于工程為超長結(jié)構(gòu)，裂縫處理后可能還會(huì)出現(xiàn)新的溫度裂縫，可參照處理。

4. 2現(xiàn)場施工順序設(shè)計(jì)

對照規(guī)范[1]條文和條文解釋，可以認(rèn)為，化工生產(chǎn)廠房最大裂縫寬度限值只和環(huán)境類別有關(guān)，而化工生產(chǎn)廠房梁上部既有配筋的鋼筋混凝土建筑面層又有防腐面層; 梁上部有配筋的鋼筋混凝土建筑面層施工是在主體結(jié)構(gòu)層早已封頂，設(shè)備安裝、測試、試車以后的最后一道工序，這時(shí)梁上部細(xì)微的裂縫已形成，在做配筋的細(xì)石混凝土面層時(shí)，由于重力作用，水泥漿將流入已形成的細(xì)微裂縫中，待水泥漿凝固后就會(huì)把上部的細(xì)微裂縫填嚴(yán)實(shí)，所以梁的上部鋼筋比一類環(huán)境下還難銹蝕，這樣按一類環(huán)境下0.3mm的最大裂縫寬度限值控制還是很有富裕量;例如，民用住宅屋面梁頂部實(shí)際上并不是處于一類環(huán)境，通常我們按一類環(huán)境類別下計(jì)算控制，而其頂部鋼筋一段也并沒有銹蝕，其道理也是有屋面防水層和屋面保溫隔熱層的緣故。

同時(shí)，框架梁下部只有抹面層，抹面層是在主體結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行，這時(shí)雖然抹面層對結(jié)構(gòu)梁下部裂縫有一定的填實(shí)作用，隨著設(shè)備重量和操作活載的作用，梁下部的裂縫將逐漸擴(kuò)展開來，而且重力作用是向下的，抹面的填實(shí)作用將越來越弱，所以梁下部裂縫寬度限值應(yīng)該嚴(yán)格按環(huán)境類別設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn):

【2】中國建筑科學(xué)研究院. GB 50010—200混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社， 2002.

【2】中國建筑科學(xué)研究院. GB 50011—2001 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(08年修訂版) [ S ]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社， 2008.