淺論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制裂縫的措施

曾敏華

（江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院）

淺論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制裂縫的措施

曾敏華

（江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院）

結(jié)構(gòu)裂縫在建筑設(shè)計(jì)使用過(guò)程中非常普遍，日益增加的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫已引起諸多業(yè)主和用戶的不滿及投訴。本文主要針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫的控制措施及方法進(jìn)行了闡述，供同行參考。

混凝土裂縫；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；控制措施

1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的裂縫

1.1基礎(chǔ)不均勻沉降

由于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)某些部位出現(xiàn)拉裂縫，特別在某些采用兩種或多種基礎(chǔ)形式的結(jié)構(gòu)中更易出現(xiàn)此種情況。

1.2不當(dāng)或過(guò)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式

過(guò)于追求立面效果，平面布局凹凸較多，結(jié)構(gòu)體型突變，剛度突變等，容易造成轉(zhuǎn)角突出的地方由于應(yīng)力的集中形成薄弱部位，再加上混凝土自有特性，更易出現(xiàn)拉裂縫。

1.3鋪設(shè)管道產(chǎn)生的裂縫

一般結(jié)構(gòu)的樓面及屋面板厚為100mm左右，但是由于電氣，水暖等專業(yè)將照明、通訊網(wǎng)絡(luò)等所需線管直接敷設(shè)于現(xiàn)澆板中，并且有時(shí)在一處集中交叉甚至多層交叉，削弱了現(xiàn)澆板實(shí)際厚度，導(dǎo)致了板上裂縫的產(chǎn)生。

1.4荷載設(shè)計(jì)中考慮不全

由于在計(jì)算荷載的時(shí)候未考慮周全，漏算荷載，導(dǎo)致實(shí)際施工和使用時(shí)荷載大于荷載設(shè)計(jì)值，從而產(chǎn)生裂縫。

1.5鋼筋代換時(shí)僅考慮強(qiáng)度代換

由于客觀條件所限，有時(shí)業(yè)主要求用高強(qiáng)度鋼筋對(duì)已設(shè)計(jì)完成的工程所使用的鋼筋進(jìn)行代換，此時(shí)，設(shè)計(jì)人員有可能僅進(jìn)行強(qiáng)度代換，而疏忽了實(shí)際面積的代換。

2　設(shè)計(jì)中對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制

由于裂縫的產(chǎn)生，不但會(huì)影響外觀效果，更有可能導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部鋼筋的銹蝕，影響使用耐久性和安全性。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為工程的重要環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中就應(yīng)該注意對(duì)裂縫的控制.

2.1一般裂縫控制

2.1.1裂縫驗(yàn)算

混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)該按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5001-2002）的規(guī)定，根據(jù)荷載效應(yīng)來(lái)進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算，對(duì)于不符合的應(yīng)該及時(shí)調(diào)整。在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)重視裂縫問(wèn)題，構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅考慮強(qiáng)度問(wèn)題，在沒(méi)有確切把握的情況下，對(duì)所有的梁板均應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，尤其是當(dāng)梁配筋率小于1%的時(shí)候，更應(yīng)該引起重視。

2.1.2分割措施

對(duì)于較長(zhǎng)的建筑結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮采取分割措施將建筑物分成若干的結(jié)構(gòu)單元。這樣就能減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部各種作用（例如溫差，混凝土收縮，基礎(chǔ)不均勻沉降等）產(chǎn)生的拉應(yīng)力。并且對(duì)于處于不利條件下（抗震不利地段，軟弱地基上）的建筑物更應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)范要求合理布局結(jié)構(gòu)單元。合理設(shè)置后澆帶，可以適當(dāng)?shù)脑龃笊炜s縫的間距，但是后澆帶仍不能代替伸縮縫，在建筑物過(guò)長(zhǎng)時(shí).仍然需要按規(guī)范要求設(shè)置伸縮縫。后澆帶內(nèi)的鋼筋一般情況下不截?cái)?，但是如果是為解決高層建筑與其裙房之間的沉降而設(shè)置的后澆帶，內(nèi)部的鋼筋宜截?cái)嗖⒉捎么罱舆B接方式，待相鄰兩側(cè)結(jié)構(gòu)滿足了設(shè)計(jì)允許沉降差異后，方可進(jìn)行澆筑。

2.1.3設(shè)計(jì)時(shí)考慮周全

設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮偶然作用和非設(shè)計(jì)工況所引起的效應(yīng)，并在相關(guān)部分采取合理的控制裂縫的構(gòu)造措施。例如：按簡(jiǎn)支設(shè)計(jì)的時(shí)候，實(shí)際上端部仍然受到一定的嵌固約束；按自由端考慮，但在荷載較大使構(gòu)件發(fā)生位移，變形加大后，可能起到約束作用的部分；平面凹凸、立面剛度變化突變的部位，容易引起應(yīng)力集中的部位；房屋兩端的陽(yáng)角處以及山墻處的樓板，屋面板；現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中與周圍梁柱整體澆筑的樓板；大體積混凝土等等。

2.1.4配筋時(shí)對(duì)鋼筋的選擇

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、（GB50010-2002）8.1.2中可以看出，鋼筋面積與裂縫寬度的關(guān)系，因此在其他條件不變的情況下。酌情選用細(xì)直徑鋼筋對(duì)于裂縫控制是有利的，也是控制裂縫寬度的很實(shí)用的方法之一。因?yàn)樵谕獠織l件和配筋總面積一定的情況下，鋼筋直徑越細(xì)，排列就越密，與混凝土的粘結(jié)力就越好，混凝土產(chǎn)生的裂縫越分散，使較寬深的單條裂縫分散成多條細(xì)淺的裂縫，對(duì)于結(jié)構(gòu)是有利的。但是由于這樣會(huì)增加施工難度，且在截面過(guò)小時(shí)，由于鋼筋間距的減小，不利于混凝土的澆筑，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用。

在條件允許的情況下，盡可能的選用螺紋鋼筋，因?yàn)槠浜突炷恋恼辰恿Ω螅梢杂行У乜刂屏芽p的生成和寬度。

2.1.5設(shè)計(jì)交底完善

由于我國(guó)國(guó)情所限，施工單位素質(zhì)參差不齊.設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行施工技術(shù)交底時(shí)。應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)養(yǎng)護(hù)是防止混凝土產(chǎn)生裂縫的重要因素，應(yīng)當(dāng)充分重視，并根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r制定適宜的養(yǎng)護(hù)方案。且應(yīng)強(qiáng)調(diào)在施工過(guò)程中，不得隨意堆載等。

2.2具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫控制

2.2.1基礎(chǔ)裂縫控制

基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用；第3.4.1條規(guī)定了一般基礎(chǔ)的環(huán)境類別為二a或者二b類，第3.4.2條規(guī)定了最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)：二a類為C25，二b類為C30。保證基礎(chǔ)的最小配筋率，根據(jù)基礎(chǔ)形式的不同，按照相應(yīng)的規(guī)范要求。但任何基礎(chǔ)的受力鋼筋都不小于A10@200，分布鋼筋不小于A8@200。

雖然《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.2.2條4款規(guī)定：“當(dāng)柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)的邊長(zhǎng)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)的寬度大于或等于2.5m時(shí)，底板的受力鋼筋的長(zhǎng)度可取邊長(zhǎng)或?qū)挾鹊?.9倍，并宜交錯(cuò)布置?！边@樣做雖然就基礎(chǔ)受力來(lái)說(shuō)是適宜的。但是就導(dǎo)致了基礎(chǔ)底板的部分區(qū)域鋼筋間距增大，在該區(qū)域產(chǎn)生裂縫的可能性增大。如果交底時(shí)表達(dá)不清，而施工單位又不注意，就有可能產(chǎn)生施工事故，例如全部0.9L長(zhǎng)的鋼筋順?lè)庞谝欢?，?dǎo)致0.1L的基礎(chǔ)區(qū)域無(wú)鋼筋，使得基礎(chǔ)實(shí)際面積減小了0.1L且相對(duì)于柱偏心距增大。因此建議盡可能的按全長(zhǎng)配筋。

2.2.2梁、柱的裂縫控制

控制保護(hù)層厚度。當(dāng)梁柱的保護(hù)層厚度超過(guò)50mm時(shí)，按照《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》9.2.4，應(yīng)對(duì)保護(hù)層采取有效的防裂構(gòu)造措施，或者按擴(kuò)大的柱截面配置縱向鋼筋和箍筋。

當(dāng)梁高≥450mm時(shí)，因?yàn)榱航孛娴脑龃?，有可能在梁?cè)產(chǎn)生垂直于梁軸線的收縮裂縫，因此應(yīng)在梁側(cè)根據(jù)最小配筋率配置縱向鋼筋，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》10.2.16條，在梁的兩個(gè)側(cè)面沿高度配置縱向構(gòu)造鋼筋，每側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋的截面面積不應(yīng)小于梁腹板截面面積的0.1%，且間距不宜大于200mm。當(dāng)梁需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的時(shí)候，為防止由于反復(fù)的水平力致使梁下部腹板產(chǎn)生裂縫，也應(yīng)當(dāng)按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》10.2.17條之規(guī)定在梁下部1/2梁高范圍的腹板內(nèi)，沿兩側(cè)縱向設(shè)置構(gòu)造鋼筋間距100～150mm。

在主次梁交接處或者有集中荷載的部分應(yīng)設(shè)置附加鋼筋，因?yàn)楫?dāng)集中荷載在梁高范圍內(nèi)或者梁下部傳人時(shí)，集中荷載影響區(qū)下部混凝土有可能出現(xiàn)拉脫，且由于間接的加載導(dǎo)致梁的斜截面受剪承載力降低。附加橫向鋼筋宜優(yōu)先選用箍筋，對(duì)于防止梁側(cè)斜裂縫效果較好。

2.2.3板的裂縫控制

由于樓（屋）面板的邊界約束條件較復(fù)雜，且混凝土收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力較精確的理論計(jì)算至今未完全解決，而在實(shí)際的施工過(guò)程中，由于各種原因，無(wú)法使板處于設(shè)計(jì)時(shí)的理想狀態(tài)，因此在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，只能從設(shè)計(jì)概念和構(gòu)造措施上對(duì)其進(jìn)行控制，實(shí)踐表明，采取適當(dāng)?shù)拇胧┖螅F(xiàn)澆樓板的裂縫是可以得到一定的控制的。

由于混凝土收縮和溫度變化是引起裂縫的主要原因，因此設(shè)置溫度收縮鋼筋有利于減少這類裂縫。因?yàn)榘逯幸雅涞氖芰︿摻詈头植间摻钜部梢缘挚箿囟群褪湛s產(chǎn)生的拉應(yīng)力，所以溫度鋼筋應(yīng)主要在末配置鋼筋的部位和配筋數(shù)量不足的部位沿溫度、收縮應(yīng)力的主要受力方向布置溫度收縮鋼筋。但是由于無(wú)法精確的對(duì)這兩種作用產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。因此應(yīng)按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.1.9條規(guī)定的原則和最低數(shù)量進(jìn)行配置。

樓板有凹口時(shí)，在此處由于應(yīng)力的集中，極易出現(xiàn)裂縫，應(yīng)當(dāng)與其他專業(yè)溝通調(diào)整；當(dāng)建筑平面有不可避免的凹口時(shí)，凹口內(nèi)側(cè)的樓板應(yīng)適當(dāng)?shù)募雍癫⒓訌?qiáng)配筋，使其能抵抗住在此集中的溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力。而由于異形樓板的受力不十分明確，因此，建議加設(shè)小梁分割成較規(guī)則的形狀，以便于計(jì)算分析以及對(duì)裂縫的控制。若由于特殊原因不能設(shè)置小梁，建議對(duì)面積較大的異形板采用整板雙層雙向配筋，以控制由于計(jì)算分析不精確而產(chǎn)生的裂縫。

選用適當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制指南》。規(guī)定：樓、屋面板采用普通混凝土?xí)r，其強(qiáng)度等級(jí)不宜大于C30。因此建議選用C25～C30。

現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，板邊的支座負(fù)筋應(yīng)按照嵌固計(jì)算配筋，而不應(yīng)按簡(jiǎn)支計(jì)算后按構(gòu)造配筋。由于框架梁，連梁，剪力墻對(duì)板的嵌固作用，僅按構(gòu)造配筋，板面也有可能開(kāi)裂。只有當(dāng)現(xiàn)澆板的支承構(gòu)件為砌體且在支座處的板面上沒(méi)有砌體或者僅有較矮的女兒墻時(shí)，才宜按簡(jiǎn)支計(jì)算。

適當(dāng)增加樓板厚度，因?yàn)楦鶕?jù)林同炎和S·D·思多臺(tái)斯伯利著的《結(jié)構(gòu)概念和體系》附錄B中給出的水平構(gòu)件的近似高跨比：鋼筋混凝土實(shí)心板平均值為28，最大為32，支承載梁上的雙向板平均值為30，最大值為36。而目前我國(guó)常用的為：混凝土實(shí)心板為30～35，雙向板為35～40。由于板內(nèi)應(yīng)力計(jì)算不確定性，因此適當(dāng)?shù)募雍駱前宀⑾鄳?yīng)配置鋼筋對(duì)裂縫的控制是可行的。

板鋼筋的選用應(yīng)在保證計(jì)算面積的前提下選用細(xì)直徑，密間距鋼筋。由于間距的減小，鋼筋與混凝土粘結(jié)面的增大，裂縫也能得到很好的控制。采用冷軋帶肋、冷軋扭鋼筋等強(qiáng)度較高的鋼筋配筋，作為板受力鋼筋是可行的。但是應(yīng)注意不能僅按強(qiáng)度代換，在裂縫控制方面，更應(yīng)注意實(shí)際面積。因?yàn)閺?qiáng)度高，所需鋼筋面積較少，有可能對(duì)裂縫控制不利。一些施工單位為節(jié)約投資，以高強(qiáng)度鋼筋直接進(jìn)行強(qiáng)度代換后施工，這更是不負(fù)責(zé)的行為。因此，在保證同等質(zhì)量前提下，在板的施工中，想以高強(qiáng)度鋼筋代換較低強(qiáng)度鋼筋以節(jié)省投資的效果是不明顯的。

在陽(yáng)角，陰角板塊及較大的板塊的四角部位板上、下側(cè)增設(shè)與對(duì)角線平行的A8-10@100鋼筋，這種做法可以很好的防止樓板四角部位出現(xiàn)45°裂縫。上側(cè)鋼筋放在負(fù)筋以上，下側(cè)鋼筋放在板下部鋼筋以下。

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行板的荷載計(jì)算時(shí)應(yīng)注意不要漏算或者取值偏小，應(yīng)該考慮到有某些特殊情況產(chǎn)生的預(yù)計(jì)外的荷載。例如對(duì)于不上人屋面的活載取值0.5kN/m2就略顯偏小，因?yàn)橛锌赡軡M足不了施工荷載的要求，而《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表4.3.1注1也規(guī)定：不上人屋面，當(dāng)施工或維修荷載較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采用，建議取值不小于1.5kN/m2。鋼筋的布置也不應(yīng)機(jī)械的固守于梁軸線垂直的概念，而應(yīng)該按實(shí)際情況綜合考慮鋼筋的布置方向，例如圓形，半圓形板或弧形板鋼筋就宜沿環(huán)向和徑向布置。

3　結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的非結(jié)構(gòu)性裂縫，雖然混凝土內(nèi)應(yīng)力的理論計(jì)算并未完全解決，但是多從設(shè)計(jì)理念入手，有針對(duì)性地設(shè)置構(gòu)造措施，是有明顯的效果的。

而對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)性的裂縫控制，就更需要設(shè)計(jì)人員提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，以客觀務(wù)實(shí)的態(tài)度來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，清楚地意識(shí)到受力狀態(tài)是一種客觀存在的，不是主觀假設(shè)可以避免的。

總的來(lái)說(shuō)，要徹底清除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫現(xiàn)象，還需要進(jìn)一步的積極探索，設(shè)計(jì)人員更要不斷的提高自身素質(zhì)，采用更為科學(xué)的防治措施，控制裂縫。

TU318

A

1673-0038（2015）13-0003-02

2015-3-8