混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫驗(yàn)算與控制

文/劉銀 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司大連分公司 遼寧大連 116500

1、混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的環(huán)境類(lèi)別與鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度

1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的環(huán)境類(lèi)別

結(jié)構(gòu)所處環(huán)境是影響其耐久性的外因。環(huán)境類(lèi)別是指混凝土暴露表面所處的環(huán)境條件，設(shè)計(jì)需根據(jù)實(shí)際情況確定適當(dāng)?shù)沫h(huán)境類(lèi)別。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)構(gòu)件所處環(huán)境，指定環(huán)境類(lèi)別采用不同的混凝土保護(hù)層厚度。如地下室外墻設(shè)計(jì)，室外迎水面屬于二類(lèi)環(huán)境，按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108第4.1.7條規(guī)定，防水混凝土結(jié)構(gòu)迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm。對(duì)于一般的民用建筑工程（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件有疲勞問(wèn)題或混凝土環(huán)境類(lèi)別為三、四、五類(lèi)時(shí)除外）可參考《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50038第4.11.5條規(guī)定的一般情況下可取地下室外墻迎土面的混凝土保護(hù)層最小厚度為40mm。但在海水環(huán)境或其他腐蝕介質(zhì)等特殊環(huán)境中，可參照有關(guān)規(guī)范規(guī)定適當(dāng)提高混凝土的保護(hù)層厚度。對(duì)于地下室外墻內(nèi)表面，可考慮建筑外防水對(duì)混凝土環(huán)境類(lèi)別的影響，按一類(lèi)環(huán)境確定混凝土保護(hù)層厚度及裂縫控制寬度。對(duì)于所處環(huán)境受腐蝕性介質(zhì)作用的工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可參考《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50046-2008采取相關(guān)技術(shù)措施。

1.2 鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度

鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度取值與裂縫的寬度直接相關(guān)。當(dāng)混凝土保護(hù)層較大時(shí)，雖然裂縫寬度計(jì)算值也較大，但較大的混凝土保護(hù)層厚度對(duì)防止鋼筋銹蝕是有利的。因此，對(duì)混凝土保護(hù)層較大的構(gòu)件，當(dāng)在外觀的要求上允許時(shí)，可根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010表3.4.5中規(guī)定的裂縫寬度允許值作適當(dāng)放大。

對(duì)混凝土保護(hù)層較大的梁，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明表層鋼筋網(wǎng)片有利于減少裂縫寬度。可對(duì)配置表層鋼筋網(wǎng)片梁的裂縫計(jì)算結(jié)果乘以折減系數(shù)，折減系數(shù)可取0.7。

《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50476-2008第3.5.4條規(guī)定，在荷載作用下配筋混凝土構(gòu)件的表面裂縫最大寬度計(jì)算值不應(yīng)超過(guò)表3．5．4中的限值。對(duì)裂縫寬度無(wú)特殊外觀要求的，當(dāng)保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度超過(guò)30mm時(shí)，可將厚度取為30mm計(jì)算裂縫的最大寬度。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)構(gòu)件保護(hù)層厚度超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表8.2.1中數(shù)值，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》7.1.2條計(jì)算裂縫寬度時(shí)，其計(jì)算Cs值可取表8.2.1中的數(shù)值。

2、設(shè)計(jì)過(guò)程中裂縫的驗(yàn)算與控制

2.1 考慮塑性內(nèi)力重分布的分析方法時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算

依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第5.4.2條的規(guī)定：按考慮塑性內(nèi)力重分布的分析方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，尚應(yīng)滿足正常使用極限狀態(tài)的要求或采取有效的構(gòu)造措施，且滿足《鋼筋混凝土連續(xù)梁和框架考慮內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS51(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》)的相關(guān)要求。對(duì)于計(jì)算截面的彎矩調(diào)幅系數(shù)β和配置的縱向受拉鋼筋直徑滿足規(guī)程相關(guān)要求的連續(xù)梁及單向板，可不作裂縫寬度驗(yàn)算。對(duì)于不滿足規(guī)程相關(guān)要求的構(gòu)件，應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》驗(yàn)算裂縫寬度，在確定正常使用極限狀態(tài)下縱向受拉鋼筋的應(yīng)力時(shí)，計(jì)算截面取考慮塑性內(nèi)力重分布影響的彎矩值，可參照《規(guī)程》4.3.4條的規(guī)定計(jì)算。

梁端內(nèi)力調(diào)幅與裂縫寬度限值是互相矛盾的兩個(gè)方面，調(diào)幅過(guò)小則達(dá)不到調(diào)幅的目的，調(diào)幅過(guò)大將難以滿足規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度限值。

2.2 使用結(jié)構(gòu)計(jì)算程序?qū)?gòu)件裂縫寬度計(jì)算時(shí)的注意事項(xiàng)

1）PKPM及YJK等結(jié)構(gòu)分析程序可以考慮在豎向荷載下鋼筋混凝土框架的內(nèi)力重分布，一般通過(guò)梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以適當(dāng)減小支座彎矩，同時(shí)增大跨中彎矩，梁端調(diào)幅系數(shù)可在0.8～1.0范圍內(nèi)取值。（注意《規(guī)程》的調(diào)幅系數(shù)與此處的調(diào)幅系數(shù)概念的不同）

2）應(yīng)注意結(jié)構(gòu)分析程序中梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù)對(duì)梁彎矩計(jì)算值的影響，梁彎矩放大系數(shù)同時(shí)放大梁端負(fù)彎矩及跨中正彎矩，在裂縫驗(yàn)算時(shí)應(yīng)取梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù)為1.0。

3）應(yīng)注意計(jì)算跨度的取值。根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，對(duì)于兩端與柱、墻或主梁整體連接的鋼筋混凝土連續(xù)梁，在對(duì)構(gòu)件裂縫驗(yàn)算時(shí)可按梁的凈跨計(jì)算。當(dāng)程序中考慮梁柱重疊部分的剛域后，輸出的梁端彎矩為剛域邊緣截面的彎矩值，裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，仍需將其折算成支座邊緣截面的彎矩值。

2.3 地下結(jié)構(gòu)的裂縫控制與驗(yàn)算

地下結(jié)構(gòu)的裂縫寬度驗(yàn)算問(wèn)題，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中沒(méi)有具體規(guī)定計(jì)算方法與控制要求。但規(guī)范第1.0.1條規(guī)定：建筑地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)除應(yīng)符合本規(guī)范的規(guī)定外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。這也就說(shuō)明了，地下結(jié)構(gòu)構(gòu)件也應(yīng)滿足正常使用極限狀態(tài)的要求，進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算。在進(jìn)行裂縫寬度計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同工程的具體情況，恰當(dāng)把握內(nèi)力取值及裂縫寬度的控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.1 對(duì)于使用要求高的重要地下室（如設(shè)備間及使用中嚴(yán)禁進(jìn)水的功能房間），宜采取以下設(shè)計(jì)措施：

1）應(yīng)嚴(yán)格要求基礎(chǔ)、地下室外墻及功能房間的隔墻及樓板的防水措施及防水質(zhì)量。

2）控制基礎(chǔ)、地下室外墻及相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度；

2.3.2 對(duì)使用要求不高的一般地下室結(jié)構(gòu)（如地下車(chē)庫(kù)等），可采取以下設(shè)計(jì)措施：

1）對(duì)基礎(chǔ)底板及地下室外墻的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用較高的控制標(biāo)準(zhǔn)。在確定混凝土的環(huán)境類(lèi)別時(shí)，不考慮建筑外防水對(duì)混凝土環(huán)境類(lèi)別的有利影響，按與水或土直接接觸的環(huán)境確定，且需考慮水或環(huán)境土壤對(duì)混凝土的腐蝕作用，外墻外表面的混凝土保護(hù)層厚度也應(yīng)按此類(lèi)別確定。

2）對(duì)地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，可考慮基礎(chǔ)底板及地下室外墻建筑外防水的有利作用，按一類(lèi)環(huán)境確定基礎(chǔ)及地下室外墻表面的混凝土裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)，裂縫的寬度可控制在0.3mm。

3）構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)采用支座邊緣的內(nèi)力（如獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)形式，防水板的支座為獨(dú)立基礎(chǔ)邊緣，獨(dú)立基礎(chǔ)的邊緣在柱邊）。

結(jié)語(yǔ)：

總之，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中裂縫控制是最容易被忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)。但裂縫的產(chǎn)生的危害是極大的，所以正確判斷和分析混凝土裂縫的成因及有效地控制和減少混凝土裂縫意義重大。