混凝土结构的裂缝验算与控制

刘银

【摘要】裂缝产生的形式和种类很多，有设计方面的原因，也有施工方面的原因，以及塑性收缩、基础沉降、温度差异等等这些可控与不可控的各种因素产生的。各种因素导致混凝土结构不可避免地存在裂缝，而裂缝又是混凝土结构承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。【关键词】混凝土结构；环境类别；裂缝控制验算1、混凝土结构构件的环境类别与钢筋的混凝土保护层最小厚度

1.1结构构件的环境类别

结构所处环境是影响其耐久性的外因。环境类别是指混凝土暴露表面所处的环境条件，设计需根据实际情况确定适当的环境类别。所以在设计过程中要根据构件所处环境，指定环境类别采用不同的混凝土保护层厚度。如地下室外墙设计，室外迎水面属于二类环境，按《地下工程防水技术规范》GB50108第4.117条规定，防水混凝土结构迎水面钢筋保护层厚度不应小于50ram。对于一般的民用建筑工程（结构或构件有疲劳问题或混凝土环境类别为三、四、五类时除外）可参考《人民防空地下室设计规范》GB50038第4.11.5条规定的一般情况下可取地下室外墙迎土面的混凝土保护层最小厚度为40mm。但在海水环境或其他腐蚀介质等特殊环境中，可参照有关规范规定适当提高混凝土的保护层厚度。对于地下室外墙内表面，可考虑建筑外防水对混凝土环境类别的影响，按一类环境确定混凝土保护层厚度及裂缝控制宽度。对于所处环境受腐蚀性介质作用的工业与民用建筑结构构件，可参考《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008采取相关技术措施。

1.2钢筋的混凝土保护层最小厚度

钢筋的混凝土保护层厚度取值与裂缝的宽度直接相关。当混凝土保护层较大时，虽然裂缝宽度计算值也较大，但较大的混凝土保护层厚度对防止钢筋锈蚀是有利的。因此，对混凝土保护层较大的构件，当在外观的要求上允许时，可根据实践经验，对《混凝土结构设计规范》GB50010-2010表3.4.5中规定的裂缝宽度允许值作适当放大。

对混凝土保护层较大的梁，国内实验研究结果表明表层钢筋网片有利于减少裂缝宽度。可对配置表层钢筋网片梁的裂缝计算结果乘以折减系数，折减系数可取0.7。

《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008第3.5.4条规定，在荷载作用下配筋混凝土构件的表面裂缝最大宽度计算值不应超过表3.5 4中的限值。对裂缝宽度无特殊外观要求的，当保护层设计厚度超过30mm时，可将厚度取为30mm计算裂缝的最大宽度。所以在设计过程中，当构件保护层厚度超过《混凝土结构设计规范》表8.2.1中数值，按《混凝土结构设计规范》7.1_2条计算裂缝宽度时，其计算Cs值可取表8.2.1中的数值。2、设计过程中裂缝的验算与控制

2.1考虑塑性内力重分布的分析方法时结构构件的裂缝宽度验算

依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第5.4.2条的规定：按考虑塑性内力重分布的分析方法设计的结构和构件，尚应满足正常使用极限状态的要求或采取有效的构造措施，且满足《钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程》CECS51（以下简称《规程》）的相关要求。对于计算截面的弯矩调幅系数B和配置的纵向受拉钢筋直径满足规程相关要求的连续梁及单向板，可不作裂缝宽度验算。对于不满足规程相关要求的构件，应按《混凝土结构设计规范》验算裂缝宽度，在确定正常使用极限状态下纵向受拉钢筋的应力时，计算截面取考虑塑性内力重分布影响的弯矩值，可参照《规程》4.3.4条的规定计算。

梁端內力调幅与裂缝宽度限值是互相矛盾的两个方面，调幅过小则达不到调幅的目的，调幅过大将难以满足规范规定的裂缝宽度限值。

2.2使用结构计算程序对构件裂缝宽度计算时的注意事项

1）PKPM及YJK等结构分析程序可以考虑在竖向荷载下钢筋混凝土框架的内力重分布，一般通过梁端负弯矩调幅系数来实现，以适当减小支座弯矩，同时增大跨中弯矩，梁端调幅系数可在0.8～1.0范围内取值。（注意《规程》的调幅系数与此处的调幅系数概念的不同）

2）应注意结构分析程序中梁设计弯矩放大系数对梁弯矩计算值的影响，梁弯矩放大系数同时放大梁端负弯矩及跨中正弯矩，在裂缝验算时应取梁设计弯矩放大系数为1.0。

3）应注薏计算跨度的取值。根据《规程糊定，对于两端与柱、墙或主梁整体连接的钢筋混凝土连续梁，在对构件裂缝验算时可按梁的净跨计算。当程序中考虑梁柱重叠部分的刚域后，输出的梁端弯矩为刚域边缘截面的弯矩值，裂缝宽度验算时，仍需将其折算成支座边缘截面的弯矩值。

2.3地下结构的裂缝控制与验算

地下结构的裂缝宽度验算问题，《建筑地基基础设计规范》中没有具体规定计算方法与控制要求。但规范第1.0.1条规定：建筑地基基础的设计除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。这也就说明了，地下结构构件也应满足正常使用极限状态的要求，进行裂缝宽度的验算。在进行裂缝宽度计算时，应根据不同工程的具体情况，恰当把握内力取值及裂缝宽度的控制标准。

2.3.1对于使用要求高的重要地下室（如设备间及使用中严禁进水的功能房间），宜采取以下设计措施：

1）应严格要求基础、地下室外墙及功能房间的隔墙及楼板的防水措施及防水质量。

2）控制基础、地下室外墙及相关结构构件的裂缝宽度；

2.3.2对使用要求不高的一般地下室结构（如地下车库等），可采取以下设计措施：

1）对基础底板及地下室外墙的混凝土结构耐久性设计时，应采用较高的控制标准。在确定混凝土的环境类别时，不考虑建筑外防水对混凝土环境类别的有利影响，按与水或土直接接触的环境确定，且需考虑水或环境土壤对混凝土的腐蚀作用，外墙外表面的混凝土保护层厚度也应按此类别确定。

2）对地下结构进行裂缝宽度验算时，可考虑基础底板及地下室外墙建筑外防水的有利作用，按一类环境确定基础及地下室外墙表面的混凝土裂缝控制标准，裂缝的宽度可控制在0.3mm。

3）构件的裂缝宽度验算时，应采用支座边缘的内力（如独立基础加防水板基础形式，防水板的支座为独立基础边缘，独立基础的边缘在柱边）。

结语：

总之，在结构设计的过程中裂缝控制是最容易被忽视的一个环节。但裂缝的产生的危害是极大的，所以正确判断和分析混凝土裂缝的成因及有效地控制和减少混凝土裂缝意义重大。