通过建筑结构设计预控工程裂缝

2010-12-31钟和平

中国新技术新产品 2010年8期

钟和平

（江西省赣州市建筑设计研究院，江西赣州 341000）

前言

工程裂缝大体上可分为两类：一类是由外荷载（静、动荷载）引起的裂缝和次应力引起的裂缝；再就是由变形变化引起的裂缝：包括结构因温度湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝。实际上在混凝土结构中，占裂缝总数80%以上的都是由于不均匀沉降、混凝土凝结过程中的体积收缩以及温度变化差异带来的胀缩不均匀等非外力因素造成的裂缝。

1 通过设计预控墙体温度裂缝

砌体温度裂缝主要是由于房屋长时间受阳光辐射，使屋面板的温度比墙体的温度高出很多，在炎热的夏季甚至高出两倍左右。但即使在温度相同的条件下，钢筋混凝土的线膨胀系数也为砖砌体的两倍，因此屋盖的膨胀变形远大于墙体，两者变形不协调，结果屋面板的变形对墙体产生很大的水平推力，从而使墙体与屋面的接触面受剪。当应力大于墙体强度时，墙体就产生裂缝（包括水平、垂直及斜裂缝）。对于平面为矩形的建筑物来说，房屋两端第一、第二开间墙体承受的温度应力最大，墙体裂缝也较严重，因此墙体温度裂缝一般为两端重、中间轻、向阳重、背阳轻。砖混结构温度裂缝是普遍存在的现象，由于其潜在着危害性，因此早已引起人们的关注。应加强以下措施的实施：

1.1 在设计时，应注意调整楼房高度，尽量使屋面的标高一致。对于错层的房屋宜在错层部位所有纵横墙相交处设置墙构造柱。

1.2 设置圈梁是抵抗温度裂缝的有效办法。圈梁与构造柱相连接，形成约束各片墙体的纵向和横向框格，使墙体保持一个整体的箱形结构，改善了砌体的受力性能，提高了砌体的抗裂能力。屋面圈梁宜沿每道墙体设置，避免采用半圈梁引起应力集中，其余各层圈梁按规范要求设置。

1.3 使用微膨胀混凝土可提高结构抵抗温度裂缝的能力。只要微膨胀混凝土的配合比合适，施工养护好，使用微膨胀混凝土可以避免或减轻屋面板温度裂缝的产生。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。通常，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。

1.4 在屋面设置纵横向分仓缝将整个屋面划分成若干个长度较小的独立单元，以减小屋面板的总变形值。横向分仓缝宜每隔三个开间设一道，纵向进深大于10m 时宜在屋脊处设一道纵向分仓缝，分仓缝宽20mm，采用油膏或沥青麻丝嵌缝。

1.5 砌体的抗拉、抗剪强度与砌体砂浆的强度成正比。因此，提高顶层砌体砂浆强度是提高砌体抵抗温度应力，减少温度裂缝的经济、有效的方法。顶层砂浆的强度不宜低于M5.0，砖强度不宜低于MU10，同时砖砌体厚度不宜小于240mm。

1.6 减小屋盖与墙体的温差是控制温度裂缝的关键，因此，屋面设计必须按规范要求采取隔热保温措施，如设置架空层等。

2 控制现浇混凝土楼板产生裂缝的措施

由于用户对房屋的结构情况不甚了解，房屋一旦出现裂缝，使用户产生不安全感或恐慌，有的裂缝会造成屋面、墙面、地面渗漏，门窗变形、外墙抹面脱落等现象，给用户带来许多烦恼，因此在房屋设计时，应高度重视，认真分析，使裂缝隐患尽可能消除。为了有效防止和减轻现浇混凝土楼板产生裂缝，应加强以下的措施：

2.1 在设计上应保证结构的整体刚度，防止因房屋不均匀沉降引起结构内部拉应力、剪应力产生，从而降低结构抵抗温度应力的能力。

2.2 现浇混凝土楼板配筋方面，尽量使用直径较细间距较密的配筋方案，做到“细一点、密一点”。同层同方向的钢筋直径相差不宜大于一个级别。对需严格控制裂缝的部位，建议全部采用热轧带肋钢筋以增强其握裹力，楼板的分布筋与构造筋宜采用变形钢筋来增强与混凝土的握裹力，对于小直径的分布筋与构造筋来说，用冷轧钢筋比用光圆钢筋对减少裂缝的效果更好。边跨端支座的负弯矩钢筋宜在端跨内整跨拉通并延伸过第二支座，让墙体变形与楼板变形能通过拉通的负筋逐渐传递到中跨去，协调三个构件在温度应力作用的变形。单向板中单位长度分布筋不得少于5 根，受温度变化影响较大时（如屋面板），其分布筋应适当增加。

2.3 屋面层阳角处、东西两单元和跨度≥3.9m 时，应设置双层双向钢筋，阳角处钢筋间距不宜大于100mm 跨度≥3.9m 的楼板钢筋间距不宜大于150mm。跨度＜3.9m 的现浇楼板上面负弯矩钢筋应一隔一拉通。

2.4 外墙角处应设置放射筋，配筋范围应大于板跨的1/3，且长度不小于2.0m，每一角处放射筋数量不少于7 根，钢筋间距不宜大于100mm。以此来满足板角应力的需要，使现浇板产生裂缝的应力作用范围与放射筋相一致，从而有效地改观和控制裂缝的产生。

2.5 为了防止预埋PVC 电线管对楼板的影响，在预埋时设置支架固定PVC 管，严禁两根管线交叉叠放，确须交叉时应采用专门设计的塑料接线盒，以防止塑料管在管线交叉对混凝土厚度削弱过多。在预埋电线管上部应配置钢筋网片（4＠100mm 宽度600mm）。

3 钢纤维混凝土在裂缝控制设计中的应用

在结构设计中，当对钢筋混凝土梁进行裂缝宽度验算时，经常会遇到裂缝宽度不满足《混凝土结构设计规范》规定的宽度要求，经常通过一些措施进行调节，例如增加截面尺寸、提高混凝土强度等级、减少钢筋直径或增大钢筋截面面积等；通过这些措施使裂缝宽度满足设计要求。但在某些情况下，采取这些措施并不能解决问题，甚至有些特殊情况下，由于已有建筑、结构的限制等根本不能采取这些措施。

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入适当的钢纤维，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，当掺入钢纤维的体积率在1.0%-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入适当的钢纤维，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防空地下室结构设计，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。