一种典型框架梁裂缝检测与成因分析

2021-05-04安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院安徽合肥230000

安徽建筑 2021年4期

王兵（安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院，安徽合肥 230000）

0 前言

近年来随着我国城市化进程的加快，钢筋混凝土框架结构的建筑越来越多，而框架梁结构作为建筑工程整个结构稳定性的关键所在，应当着重关注其是否有裂缝产生并分析裂缝的性质，因为裂缝不但影响着建筑工程的美观，对结构的承载能力和耐久性也可能产生较大影响。因此，对建筑结构的钢筋混凝土框架梁结构裂缝分析和处理措施开展研究，指导工程施工及裂缝预防，显得尤为重要。

本文通过实际检测工作中遇到的典型案例，结合框架梁的裂缝特征，对裂缝的原因进行了分析，并提出相应的预防措施，以指导同类工程施工，减少或避免该类裂缝的产生。

1 裂缝的分类

当前国内的主流研究对于结构裂缝的分类主要按以下几种，一是按裂缝原因分类，二是按裂缝状态分类，三是按裂缝危害性分类，四是按裂缝形式分类。

1.1 裂缝原因

按裂缝的原因可分为主观原因和客观原因两类。

①主观原因：主要从两方面考虑，即设计使用方面和施工、材料方面。设计使用方面如结构设计时断面及配筋不足、荷载考虑不周、未按规范设置变形缝等方面；施工不当方面如未按设计和施工规范要求施工，模板支撑变形、下沉、脱模较早等；材料使用不当方面如水泥凝结不正常，水泥水化热较大或异常膨胀，混凝土中的氯化物含量较大或干燥收缩、自收缩等。

②客观原因：主要从两方面考虑，即结构上的荷载作用引起的（受力裂缝）和结构发生变形作用引起的（变形裂缝）。根据受力的性质不同，受力裂缝主要有受压裂缝、受拉裂缝、受弯裂缝、受剪裂缝和受扭裂缝；变形裂缝的因素主要有体积变形，环境和气候变化，建筑地基的沉降、湿陷和膨胀变形。

1.2 裂缝状态

按裂缝随时间发展变化的状态分为稳定裂缝和不稳定裂缝两类。稳定裂缝是指裂缝随时间的延续不会无限制的开展，裂缝的状态（开展长度、缝宽等）稳定在某一状态；不稳定裂缝是指裂缝随时间延续不断开展，不会稳定在某一状态，这种裂缝应当引起重视。

1.3 裂缝危害性

主要分为有害裂缝和无害裂缝两类。无害裂缝主要是包括稳定的变形裂缝和受力裂缝，缝宽在规范允许范围内且不会危及结构安全和影响结构的适用性和耐久性；有害裂缝主要指缝宽超限，将危及结构安全或影响结构的适用性和耐久性。

1.4 裂缝形式

按裂缝在结构上的具体形式，可分为垂直裂缝、水平裂缝、斜裂缝及不规则裂缝等；按裂缝进入构件的深度，可分为表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝。

2 工程实例

2.1 工程概况

霍邱县某商业楼为三层框架结构，建筑面积9800m，该工程目前已经竣工2 年多，采用筏板基础，一层顶梁混凝土抗压强度设计值为C30。商铺业主在改造和装修的过程中发现部分框架梁有裂缝，截至现场检测完成前，二层及以上的改造施工初步完成，正进行室内装饰装修等工作（见图1、图2）。

图1 整体外观

图2 室内改造装修

2.2 现场检测内容

根据上述分析并结合现场情况，主要对以下项目开展检测：

①裂缝开展情况；

②混凝土结构抗压强度；

③钢筋间距配置及构件截面尺寸。

2.2.1 裂缝开展情况

检测的一层顶梁裂缝的类型主要有两种（见图3、图4）。第一种是竖向裂缝，其主要特点是裂缝呈竖向枣核状，即中间梁腹板处最宽，两端逐渐缩小，且裂缝多在箍筋处开展，多数垂直裂缝与梁底的水平裂缝相连。该类裂缝共计55 条（占总数87.3%）。第二种是靠近梁端的斜向裂缝，其主要特点是斜裂缝与构件轴线的夹角约为35。～45。，斜向裂缝宽度大都在梁腹板中部最宽，裂缝延伸至板底和梁底。该类裂缝共计8 条（占总数12.7%），且较为集中出现在一层顶梁1- 2/C。对其中3 道一层顶梁裂缝处取芯量测裂缝长度4.5cm～10.0cm 不等。

2.2.2 混凝土抗压强度

检测的一层顶梁混凝土现龄期抗压强度推定值范围为36.2MPa～41.0MPa，符合设计强度等级C30 的要求。

2.2.3 钢筋间距配置及构件截面尺寸

检测的一层顶梁构件截面尺寸符合设计要求，构件尺寸按设计值复核计算，箍筋间距按实测值复核计算。

2.3 框架梁承载力验算

2.3.1 检测与设计资料

图3 框架梁典型裂缝（竖向）

图4 框架梁典型裂缝（斜向）

①检测的一层顶梁混凝土现龄期抗压强度符合设计要求，结构验算时按设计值计算。

②钢筋配置情况

检测的一层顶梁截面尺寸符合设计要求，构件尺寸按设计值复核计算，箍筋间距按实测值复核计算。结构验算时设计图纸标注的钢筋力学性能按设计指标取值。

③荷载取值

采用PKPM 计算软件建模。现浇板恒荷载标准值按照设计板厚计算，恒荷载分项系数γG=1.2；活荷载标准值按设计图纸标注的商业部分3.5kN/m取值，荷载分项系数γQ=1.4。复核计算时，对于符合设计要求的实际检测结果，按设计值进行复核。根据改造设计图纸、现场调查及委托方提供的资料，楼面新增恒荷载按4 kN/m，楼面新增梁墙体线荷载按10 kN/m 计算，计算结果见下表。

2.3.2 分析意见

考虑新增荷载条件下，一层顶梁有4 道梁底实配受力钢筋面积小于计算配筋面积，即该部分框架梁不满足正常使用下的抗弯承载力要求，检测的一层顶梁梁端箍筋实配面积小于计算配筋面积，即斜截面抗剪承载力不满足正常使用下的承载力要求。

2.4 框架梁裂缝成因分析

根据检测结果，一层顶梁及地下室顶梁的钢筋配置基本符合设计要求，混凝土抗压强度推定值符合相应的设计强度等级要求。混凝土的收缩大体可以分为三种类型：胶凝固化的自生收缩、干燥失水和表面收缩、碳化收缩。本工程框架梁为现浇混凝土结构，当两边固定在柱上的混凝土梁成形时，表面水分蒸发，这种蒸发由表及里逐步发展，内外干缩量不一样，因而混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束以及两边柱的约束而在沿长度方向上产生拉应力，当这种拉应力超过混凝土当时的抗拉强度时，会在混凝土表面形成裂缝。同时混凝土强度等级高，则收缩较大，弹性模量也增大，约束拉应力提高较多而抗拉强度提高很少。混凝土浇筑完成后构件截面上部变形受到框架柱和现浇板的约束作用，下部受到钢筋的约束，从而使裂缝在梁腹板中部得以发展形成。

构件配筋计算结果

从委托方提供的资料及现场调查发现，该项目建筑使用功能变更为酒店，二层以上大面积加层，建筑实际层数由原3 层变为5 层，局部6 层。新增加层地面均采用约100mm 厚现浇钢筋混凝土压型钢板钢梁组合楼层、50mm 厚夹层地面装饰面层，酒店房间及走道设龙骨石膏板吊顶，酒店房间加设卫生间和设备管道井，新增隔墙均采用加气混凝土砌块墙，公共区域增设电梯、夹层钢楼梯等，新增荷载增加过多。经复核计算，一层顶梁有4 道梁底实配受力钢筋面积小于计算配筋面积，即该部分框架梁不满足正常使用下的抗弯承载力要求，检测的一层顶梁梁端箍筋实配面积小于计算配筋面积，即斜截面抗剪承载力不满足正常使用下的承载力要求。地下室顶梁梁底实配受力钢筋面积和梁端箍筋实配面积均大于计算配筋面积，即框架梁可以满足正常使用下的抗弯和斜截面抗剪承载力要求。

综上，一层顶梁竖向裂缝的形成是由变形因素引起，变形裂缝产生的主要原因是混凝土自身收缩和温度收缩共同作用，而新增荷载过大在一定程度上促进裂缝进一步发展。斜向裂缝的形成主要由荷载因素引起，这类裂缝属于受力裂缝，形成原因主要是改造设计对原结构框架梁的内力增幅过大，此类裂缝会影响结构的安全性能，应及时采取有效措施。