高层建筑结构裂缝成因分析

杨 君　（开县公共资源交易中心，重庆 405400）



高层建筑结构裂缝成因分析

杨 君（开县公共资源交易中心，重庆 405400）

建筑物出现裂缝是比较常见的现象，轻则影响美观，重则造成结构不安全。以沿海地区某高层建筑为例，通过计算，对荷载不同组合工况下结构的裂缝宽度进行比较，分析裂缝的成因，供广大设计人员参考。

裂缝；风荷载；荷载组合

1　裂缝的形成原因

混凝土结构的建筑物出现裂缝是比较常见的现象。从理论上讲，混凝土构件尤其是受弯构件是允许出现裂缝的，而且总是带裂缝工作，从而达到减小构件截面和配筋、充分利用材料强度的目的。但是随着裂缝的增加，会影响结构美观，甚至会造成住户不安。当裂缝足够长足够宽时，会造成钢筋保护层剥落，进而影响结构安全。所以，当裂缝逐渐增多时，应引起高度重视。

建筑物在使用过程中，其结构承受的荷载可以分为两类：第一类为外力荷载，包括静荷载、动荷载等；第二类荷载为结构变形所引起的荷载，如温度、收缩、地基不均匀沉降等。结构开裂的原因大致可以分为以下3种：

①由于外荷载的直接作用面引起的裂缝，如静载、风荷载、震动等引起的裂缝；

②由于结构变形（如温度而引起的收缩、膨胀；混凝土的徐变；地基的不均匀沉降等）而引起的裂缝；

③由于外荷载作用，结构产生次应力而引起的裂缝。

从以往大量研究裂缝的文献资料来看，大多数倾向于认为80%的裂缝是由于非荷载的原因引起的，也即是说由于变形的原因引起的。

2　现行规范关于裂缝的计算

按《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010），混凝土构件的裂缝宽度验算属于正常使用极限状态设计范畴，应分别按荷载的准永久组合并考虑长期作用的影响或标准组合并考虑长期荷载作用的影响。对一类环境中的混凝土构件，其最大裂缝宽度限值为0.3mm。最大裂缝宽度计算公式为：

对混凝土受弯构件

式中：sσ为按荷载准永久组合计算的混凝土构件纵向受拉普通钢筋应力或按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力；Mq为按荷载准永久组合计算的弯矩值。

在《建筑结构荷载规范》（GB50009－2012）中，荷载准永久组合的效应设计值按下式计算。

而准永久值系数qψ取0.0，也即是说，风荷载不具有永久性，在验算裂缝宽度时无需考虑风荷载。一般情况，在结构设计中，设计人员也都按这一规则进行设计。但笔者从沿海地区某工程实例来看，在台风较为频繁且风力较大的地区，验算裂缝时不考虑风荷载，结构偏于不安全。

3　工程案例

3.1工程概况

某沿海地区高层建筑地上22层，地下1层，框筒结构，建筑面积约18000m²，1996年竣工，1998年投入使用，竣工之后遭受了一次特大台风。至投入使用以来，建筑物在不同部位开始出现不同程度的裂缝，而且随着时间的推移，裂缝愈来愈多，愈来愈长，特别是楼板和梁。通过现场实地勘测并估算，梁、板裂缝多达5000多条，长度一般为0.2～0.6m，宽度超过0.3mm的裂缝超过50%。通过仪器对建筑物的倾斜进行了测量，测量结果表明其倾斜程度较小，满足规范要求。但混凝土强度低于设计值。

3.2结构复核计算

考虑到建筑物处于台风较大较频繁的地区且曾遭受过特大台风，笔者更倾向于认为台风是造成裂缝的主要原因。通过PKPM软件对建筑物重新建模型计算，并对未考虑风荷载组合的弯矩和以风荷载为控制荷载的弯矩两种工况进行了比较，发现二者相差较大。其结果如下。

3.2.1计算参数

混凝土容重取26kN/m²，楼面恒载取2.0kN/m²，活荷载取2.0kN/m²（卫生间、阳台取2.5），风荷载取0.8kN/m²，地震烈度为7级，结构抗震等级为2级，梁柱纵筋采用HRB335、箍筋采用HPB235，混凝土强度等级按现场抽蕊取样实测的强度等级。

3.2.2实测结果（见下表）

按照上面计算的弯矩进行裂缝宽度验算，结果（略）表明二者相差较大。

4　结论

现行规范中，验算裂缝宽度时并未组合风荷载，本文的复核计算也不能充分证明风荷载和裂缝之间的因果关系，从上文中的实例来看，裂缝不应是不均匀沉降引起的。因此笔者认为，在台风较大较频繁的地区，在进行结构变形验算时，应考虑风荷载的影响，以确保结构安全。

[1]GB50009－2012，建筑结构荷载规范[S].

[2]GB50010－2012，混凝土结构设计规范[S].

[3]JGJ3－2010，高层建筑结构技术规程[S].

[4]王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海：上海科学技术出版社，1987.

[5]陈洪波，谢方明.混凝土结构裂缝计算的讨论[J].杭州应用工程技术学院学报，1999（9）：29-32.

[6]赵国藩，李树瑶，等.钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].北京：海洋出版社，1999.

[7]钟福平，李剑波，王奕莉.钢筋混凝土结构裂缝计算方法简介[J].煤碳工程，2004（5）：56-58.

[8]许雪锋.钢筋混凝土结构板角斜裂缝分析[J].广州大学学报（自然科学版），2003（1）：74-77.

[9]陈肇元，崔京浩，朱金铨，等.钢筋混凝土裂缝分析与控制[J].工程力学，2001（S1）：57-84.

TU755.7

B

1007-7359(2016)03-0126-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.045

杨君（1971-），男，重庆开县人，本科，工程师，主要从事建筑工程、市政工程及设施招投标、工程造价管理等方面的工作。