从建筑结构设计谈现浇钢筋混凝土楼板的裂缝问题

周文勇

摘 要：针对现浇钢筋混凝土楼板易出现裂缝的问题,从建筑结构设计方面对产生裂缝的各种因素进行了探讨,并提出了在设计过程中进行裂缝控制的建议和方法。

关键词：现浇钢筋混凝土楼板；裂缝；建筑设计；结构设计

现浇钢筋混凝土楼板在结构安全和使用功能方面比预制板优越得多，但是楼板裂缝不断增加。大多数消费者对楼板裂缝缺乏必要常识，统视裂缝为有害，担心楼板裂缝会引起建筑物倒塌，反应极为敏感，近年来成为投诉热点，开发商和承包商为此的花费亦逐年增长。

１ 楼板裂缝种类

1.1 温差裂缝

由于温度变化，混凝土热胀冷缩而形成的裂缝，此类裂缝一般集中在东西单元的房间、屋面层和上部楼层的楼板。

1.2 结构裂缝

虽然现浇楼板承载力均能满足设计要求，但由于预制多孔板改为现浇板后，墙体刚度相对增大，楼板刚度相对减弱。因此在一些薄弱部位和截面突变处。往往容易产生一些结构性裂缝。例如:墙角应力集中处的４５°斜裂缝，板端负弯矩较大处的板面裂缝等。

1.3 构造裂缝

ＰＶＣ管处混凝土厚度减薄，容易出现裂缝。

1.4 收缩裂缝

混凝土在塑性收缩、硬化收缩、碳化收缩、失水收缩过程中易形成各种收缩裂缝。

２ 楼板裂缝形式

2.1 ４５°斜裂缝

该裂缝常出现在墙角，特别是房屋东西两端房间，呈４５°状。

2.2 纵横向裂缝

该裂缝一般出现在跨中、负弯距钢筋端部、ＰＶＣ电线暗管敷埋处。

2.3 长裂缝

一部分房间预埋ＰＶＣ电线管的板面上出现裂缝，裂缝宽度达０．２ｍｍ～０．３ｍｍ左右。这种裂缝仅在楼板表面出现，板底无裂缝。

2.4 不规则裂缝

裂缝出现部位形状无规则，或散状或龟裂状。一般发生在房屋东西两单元、阁楼顶层部位。

３ 从设计方面分析裂缝及控制方法

造成现浇钢筋混凝土楼板开裂有设计原因、施工原因、材料原因，本文仅从设计方面进行探讨。随着经济的快速发展、建设任务增加迅猛，勘察设计队伍亦在迅速扩大，住宅工程相当一部分是由乙级和丙级设计单位承担。住宅设计单位低资质，或由于设计市场管理的不到位，造成低资格设计人员挂靠设计，而挂靠单位收取一定比例管理费后，就盲目盖章、签字，根本不对图纸的结构安全、合理性、完整性等认真审核。结果是一部分住宅工程勘察设计质量低下，问题较多。另一个原因是，一些住宅开发商任意压价，片面降低勘察设计费，以收费最低为主要条件选择勘察设计单位，同时又不讲合理设计时间，限期开工，逼迫提前出图，造成施工图设计深度不够，问题必然较多。

3.1 目前与温度有关的裂缝计算公式有：

连续式约束条件下楼板、长板、剪力墙、大底板等最大约束应力计算公式：

σ＊ｘｍａｘ＝－ＥａＴ１－１ｃｈβＬ２Ｈ（ｔ，τ）（１）

或按时间增量的计算公式：

σ＊ｘｍａｘ＝∑ｎｉ＝１Δσｉ＝-ａ１－ｕ∑ｎｉ＝１１－１ｃｈβｉＬ２ΔＴｉεｉ（ｔ）Ｈ（ｔ，τ） （２）

当应力超过混凝土的抗拉强度时，可求出裂缝间距：

Ｌｍａｘ＝２ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ （３）

Ｌ＝１．５ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ（４）

Ｌｍｉｎ＝１２Ｌｍａｘ（５）

式中，Ｔ-包含水化热、气温差及收缩当量温差。同号叠加，异号取差，由此可见，夏天炎热季节浇筑混凝土到秋冬冷缩都是叠加的，拉应力较大;

Ｈ（ｔ，τ）-松弛系数。在保温保湿养护条件下(缓慢降温即缓慢收缩)，松弛系数取０．３或０．５，当寒潮袭击或激烈干燥时，松弛系数取０．８，应力接近弹性应力，容易开裂;

Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３（Ｔ１为水化热温差、Ｔ２为气温差、Ｔ３为收缩当量差，取代数和）;

εｐ-混凝土的极限拉伸。级配不良，养护不佳，取０．５×１０-４～０．８×１０-４;正常级配，一般养护，取１．０×１０-４～１．５×１０-４;级配良好，养护优良，取２×１０-４;配筋合理(细一些，密一些)，可提高极限拉伸２０%～４０%。构造配筋宜为０．３%～０．５%;

Ｈ-均拉层厚度(强约束区);

Ｅ-混凝土弹性模量;

Ｃｘ-水平约束系数;

ｃｈ、ａｒｃｃｈ-双曲余弦及双曲余弦反函数;

ａ-线膨胀系数，一般情况εｐ≤｜ａＴ｜，当εｐ≥｜ａＴ｜时取εｐ＝｜ａＴ｜，［Ｌ］→∞。

裂缝开展宽度:

δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬ２（６）

δｆｍａｘ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍａｘ２（７）

δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍｉｎ２ （８）

β＝ＣｘＥＨ（９）

式中，ψ-裂缝宽度经验系数;

Ｃｘ-约束系数。

3.2 住宅长度超长

住宅平面超长，由于温差和材料变形，会造成墙体和楼板横向开裂。仅就长度而言，结构长度与应力呈非线性关系，如结构长度小于规范要求，结构内力影响很小。

3.3 平面形状

当住宅卧室沿长度、宽度方向尺寸变化，由于楼板刚度不一致，会产生不相同变形，引起薄弱部位开裂。

3.4 结构设计方面原因

3.4.1 近代国际上结构的设计原则是，整个建筑结构的功能必须满足两种状态的要求:①承载力极限状态，以保证结构不产生破坏，不失去平衡，不产生破坏时过大变形，不失去稳定。②正常使用极限状态，以确保结构不产生超过正常使用状态的变形、裂缝及耐久性、振动及其它影响使用的极限状态。目前人们对第一极限状态已给于足够重视并严格执行，而对第二种极限状态却经常被忽视。

3.4.2 从钢筋混凝土现浇楼板各种受力体系分析，无论是按单向板设计还是按双向板设计，是单跨还是多跨连续板设计;无论是板端支承在砖墙上还是支承在过梁或剪力墙内，受力状态考虑都是局限于楼板平面的应力变化(按弯矩配置抵抗正、负弯矩的受力钢筋)、板平面的受剪变形。即使是考虑板端嵌固端节点产生弯矩，也只是考虑板平面弯曲或屈曲所产生的应力。在楼板受力体系分析时，对于现浇结构构件之间在三维空间中如何分配内力、协调变形，根本没有考虑。

3.4.3 目前不少设计人员只按单向板计算方法来设计配置楼板钢筋，支座处仅设置分离式负弯矩钢筋。由于计算受力与实际受力情况不符，单向高强钢筋或粗钢筋使混凝土楼面抗拉能力不均，局部较弱处易产生裂缝。部分设计人员对构造配筋，放射筋设置不重视或不合理，薄弱环节无加强筋。

3.4.4 结构设计对板内布线引起裂缝的构造考虑不够。住宅电器、电信快速发展的今日，现浇楼板内暗敷ＰＶＣ电线管越来越多，甚至有些部位三根交错叠放，两根管交错叠放更为普遍。ＰＶＣ管错叠处板的抗弯高度大大降低，从而减弱了板的抗弯性能。

3.4.5 对开口楼板，特别是开洞口比较大的双向板，设计时往往只考虑楼板在竖向荷载作用下的洞口四周加强配筋。由于纵向的受力钢筋被切断，而忽视了板与墙体或板与梁的变形协调问题。这时如墙或梁的刚度较大，板的孔边凹角处未必出现应力集中现象，开洞板易发生翘曲。

结语：

现浇钢筋混凝土楼板裂缝是工程常见的质量通病，只有在设计过程中针对各影响因素考虑全面、细致，严格遵守设计规范，才能大大减少现浇钢筋混凝土楼板产生裂缝的可能。