通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)控工程裂縫

鐘和平

（江西省贛州市建筑設(shè)計研究院，江西 贛州 341000）

前言

工程裂縫大體上可分為兩類：一類是由外荷載（靜、動荷載）引起的裂縫和次應(yīng)力引起的裂縫；再就是由變形變化引起的裂縫：包括結(jié)構(gòu)因溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。實際上在混凝土結(jié)構(gòu)中，占裂縫總數(shù)80%以上的都是由于不均勻沉降、混凝土凝結(jié)過程中的體積收縮以及溫度變化差異帶來的脹縮不均勻等非外力因素造成的裂縫。

1 通過設(shè)計預(yù)控墻體溫度裂縫

砌體溫度裂縫主要是由于房屋長時間受陽光輻射，使屋面板的溫度比墻體的溫度高出很多，在炎熱的夏季甚至高出兩倍左右。但即使在溫度相同的條件下，鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)也為磚砌體的兩倍，因此屋蓋的膨脹變形遠大于墻體，兩者變形不協(xié)調(diào)，結(jié)果屋面板的變形對墻體產(chǎn)生很大的水平推力，從而使墻體與屋面的接觸面受剪。當應(yīng)力大于墻體強度時，墻體就產(chǎn)生裂縫（包括水平、垂直及斜裂縫）。對于平面為矩形的建筑物來說，房屋兩端第一、第二開間墻體承受的溫度應(yīng)力最大，墻體裂縫也較嚴重，因此墻體溫度裂縫一般為兩端重、中間輕、向陽重、背陽輕。磚混結(jié)構(gòu)溫度裂縫是普遍存在的現(xiàn)象，由于其潛在著危害性，因此早已引起人們的關(guān)注。應(yīng)加強以下措施的實施：

1.1 在設(shè)計時，應(yīng)注意調(diào)整樓房高度，盡量使屋面的標高一致。對于錯層的房屋宜在錯層部位所有縱橫墻相交處設(shè)置墻構(gòu)造柱。

1.2 設(shè)置圈梁是抵抗溫度裂縫的有效辦法。圈梁與構(gòu)造柱相連接，形成約束各片墻體的縱向和橫向框格，使墻體保持一個整體的箱形結(jié)構(gòu)，改善了砌體的受力性能，提高了砌體的抗裂能力。屋面圈梁宜沿每道墻體設(shè)置，避免采用半圈梁引起應(yīng)力集中，其余各層圈梁按規(guī)范要求設(shè)置。

1.3 使用微膨脹混凝土可提高結(jié)構(gòu)抵抗溫度裂縫的能力。只要微膨脹混凝土的配合比合適，施工養(yǎng)護好，使用微膨脹混凝土可以避免或減輕屋面板溫度裂縫的產(chǎn)生。另外，在設(shè)計中，一定要慎重處理超長建筑混凝土中加入微膨脹劑的問題。通常，由于加入微膨脹劑后混凝土的膨脹率有很大的離散性，所以往往很難在計算上解決微膨脹劑添加量與伸縮縫設(shè)置間距的定量關(guān)系，所以，在實際應(yīng)用中，采用了微膨脹劑后，仍然要結(jié)合其他措施（如后澆帶、加強帶等），并進行適當?shù)尿炈?，才能超出?guī)范的限值加大伸縮縫的間距。

1.4 在屋面設(shè)置縱橫向分倉縫將整個屋面劃分成若干個長度較小的獨立單元，以減小屋面板的總變形值。橫向分倉縫宜每隔三個開間設(shè)一道，縱向進深大于10m 時宜在屋脊處設(shè)一道縱向分倉縫，分倉縫寬20mm，采用油膏或瀝青麻絲嵌縫。

1.5 砌體的抗拉、抗剪強度與砌體砂漿的強度成正比。因此，提高頂層砌體砂漿強度是提高砌體抵抗溫度應(yīng)力，減少溫度裂縫的經(jīng)濟、有效的方法。頂層砂漿的強度不宜低于M5.0，磚強度不宜低于MU10，同時磚砌體厚度不宜小于240mm。

1.6 減小屋蓋與墻體的溫差是控制溫度裂縫的關(guān)鍵，因此，屋面設(shè)計必須按規(guī)范要求采取隔熱保溫措施，如設(shè)置架空層等。

2 控制現(xiàn)澆混凝土樓板產(chǎn)生裂縫的措施

由于用戶對房屋的結(jié)構(gòu)情況不甚了解，房屋一旦出現(xiàn)裂縫，使用戶產(chǎn)生不安全感或恐慌，有的裂縫會造成屋面、墻面、地面滲漏，門窗變形、外墻抹面脫落等現(xiàn)象，給用戶帶來許多煩惱，因此在房屋設(shè)計時，應(yīng)高度重視，認真分析，使裂縫隱患盡可能消除。為了有效防止和減輕現(xiàn)澆混凝土樓板產(chǎn)生裂縫，應(yīng)加強以下的措施：

2.1 在設(shè)計上應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體剛度，防止因房屋不均勻沉降引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力、剪應(yīng)力產(chǎn)生，從而降低結(jié)構(gòu)抵抗溫度應(yīng)力的能力。

2.2 現(xiàn)澆混凝土樓板配筋方面，盡量使用直徑較細間距較密的配筋方案，做到“細一點、密一點”。同層同方向的鋼筋直徑相差不宜大于一個級別。對需嚴格控制裂縫的部位，建議全部采用熱軋帶肋鋼筋以增強其握裹力，樓板的分布筋與構(gòu)造筋宜采用變形鋼筋來增強與混凝土的握裹力，對于小直徑的分布筋與構(gòu)造筋來說，用冷軋鋼筋比用光圓鋼筋對減少裂縫的效果更好。邊跨端支座的負彎矩鋼筋宜在端跨內(nèi)整跨拉通并延伸過第二支座，讓墻體變形與樓板變形能通過拉通的負筋逐漸傳遞到中跨去，協(xié)調(diào)三個構(gòu)件在溫度應(yīng)力作用的變形。單向板中單位長度分布筋不得少于5 根，受溫度變化影響較大時（如屋面板），其分布筋應(yīng)適當增加。

2.3 屋面層陽角處、東西兩單元和跨度≥3.9m 時，應(yīng)設(shè)置雙層雙向鋼筋，陽角處鋼筋間距不宜大于100mm 跨度≥3.9m 的樓板鋼筋間距不宜大于150mm?？缍龋?.9m 的現(xiàn)澆樓板上面負彎矩鋼筋應(yīng)一隔一拉通。

2.4 外墻角處應(yīng)設(shè)置放射筋，配筋范圍應(yīng)大于板跨的1/3，且長度不小于2.0m，每一角處放射筋數(shù)量不少于7 根，鋼筋間距不宜大于100mm。以此來滿足板角應(yīng)力的需要，使現(xiàn)澆板產(chǎn)生裂縫的應(yīng)力作用范圍與放射筋相一致，從而有效地改觀和控制裂縫的產(chǎn)生。

2.5 為了防止預(yù)埋PVC 電線管對樓板的影響，在預(yù)埋時設(shè)置支架固定PVC 管，嚴禁兩根管線交叉疊放，確須交叉時應(yīng)采用專門設(shè)計的塑料接線盒，以防止塑料管在管線交叉對混凝土厚度削弱過多。在預(yù)埋電線管上部應(yīng)配置鋼筋網(wǎng)片（4＠100mm 寬度600mm）。

3 鋼纖維混凝土在裂縫控制設(shè)計中的應(yīng)用

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，當對鋼筋混凝土梁進行裂縫寬度驗算時，經(jīng)常會遇到裂縫寬度不滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的寬度要求，經(jīng)常通過一些措施進行調(diào)節(jié)，例如增加截面尺寸、提高混凝土強度等級、減少鋼筋直徑或增大鋼筋截面面積等；通過這些措施使裂縫寬度滿足設(shè)計要求。但在某些情況下，采取這些措施并不能解決問題，甚至有些特殊情況下，由于已有建筑、結(jié)構(gòu)的限制等根本不能采取這些措施。

近年來，鋼纖維混凝土理論有了較大的發(fā)展，已趨于成熟。但在工程實際中的應(yīng)用還有待推廣。在鋼筋混凝土梁的底部加入適當?shù)匿摾w維，使其與鋼筋混凝土梁中的鋼筋共同抵抗開裂，可明顯提高抗裂能力；使其達到設(shè)計要求，同時符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)抗裂度或裂縫寬度的規(guī)定。對于鋼筋鋼纖維混凝土梁，當摻入鋼纖維的體積率在1.0%-1.5%，受拉區(qū)鋼纖維混凝土層達到0.3 倍的截面高度時，鋼纖維就能很好的降低裂縫寬度。同時，受拉區(qū)鋼纖維混凝土層達到0.3 倍的梁截面高度后，彎拉性能將接近全截面鋼纖維混凝土梁。

鋼筋鋼纖維混凝土構(gòu)件的正常使用性能比鋼筋混凝土構(gòu)件有明顯改善的主要原因有：鋼纖維依靠粘結(jié)力給混凝土基體裂縫尖端應(yīng)力場施加了一個反向的應(yīng)力場，緩和了混凝土基體裂縫尖端的應(yīng)力集中，阻止了裂縫的進一步發(fā)展，使荷載作用下的裂縫開展滯后，使構(gòu)件開裂較晚；跨越裂縫的鋼纖維仍能傳遞應(yīng)力，使這些鋼纖維與未裂混凝土共同承擔裂縫截面上的部分拉力，降低了裂縫截面上的鋼筋應(yīng)力，對裂縫開展起著約束作用，提高了裂縫之間混凝土的整體性和構(gòu)件的剛度；鋼纖維增強了混凝土與縱向鋼筋間的粘結(jié)錨固力，使鋼筋的粘結(jié)滑移減小，既降低了鋼筋的平均應(yīng)變，又使主裂縫間鋼纖維混凝土平均拉應(yīng)變顯著提高，并產(chǎn)生許多微細裂縫，從而降低了主裂縫寬度。

由實際工程與理論計算可見，當梁受拉區(qū)適當范圍內(nèi)加入適當?shù)匿摾w維，保持在不改變?nèi)魏我延袟l件的情況下，梁的最大裂縫寬度降低，抗裂度提高，這種方法可以很好的應(yīng)用于人民防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計，也可以用于對抗裂度要求較高的各種混凝土結(jié)構(gòu)；同時，此方法的應(yīng)用可使一些復(fù)雜繁瑣的裂縫寬度演算、控制的措施變得簡單。

4 總結(jié)

在實際工程結(jié)構(gòu)中，砼出現(xiàn)裂縫是一個普遍性的現(xiàn)象，也是長期令技術(shù)人員困擾的一個復(fù)雜的技術(shù)難題。裂縫在大多工程中雖然不可避免，但卻可以控制。只要在設(shè)計過程中針對各影響因素考慮全面、細致，嚴格遵守設(shè)計規(guī)范，一定能把裂縫控制在設(shè)計所要求的范圍內(nèi)。

[1]GB 50010-2002，鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范[S].

[2]王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1987.65-66.

[3]高丹盈，趙軍，朱海堂.纖維混凝土設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.