從建筑結構設計談現澆鋼筋混凝土樓板的裂縫問題

周文勇

摘 要：針對現澆鋼筋混凝土樓板易出現裂縫的問題,從建筑結構設計方面對產生裂縫的各種因素進行了探討,并提出了在設計過程中進行裂縫控制的建議和方法。

關鍵詞：現澆鋼筋混凝土樓板；裂縫；建筑設計；結構設計

現澆鋼筋混凝土樓板在結構安全和使用功能方面比預制板優越得多，但是樓板裂縫不斷增加。大多數消費者對樓板裂縫缺乏必要常識，統視裂縫為有害，擔心樓板裂縫會引起建筑物倒塌，反應極為敏感，近年來成為投訴熱點，開發商和承包商為此的花費亦逐年增長。

１ 樓板裂縫種類

1.1 溫差裂縫

由于溫度變化，混凝土熱脹冷縮而形成的裂縫，此類裂縫一般集中在東西單元的房間、屋面層和上部樓層的樓板。

1.2 結構裂縫

雖然現澆樓板承載力均能滿足設計要求，但由于預制多孔板改為現澆板后，墻體剛度相對增大，樓板剛度相對減弱。因此在一些薄弱部位和截面突變處。往往容易產生一些結構性裂縫。例如:墻角應力集中處的４５°斜裂縫，板端負彎矩較大處的板面裂縫等。

1.3 構造裂縫

ＰＶＣ管處混凝土厚度減薄，容易出現裂縫。

1.4 收縮裂縫

混凝土在塑性收縮、硬化收縮、碳化收縮、失水收縮過程中易形成各種收縮裂縫。

２ 樓板裂縫形式

2.1 ４５°斜裂縫

該裂縫常出現在墻角，特別是房屋東西兩端房間，呈４５°狀。

2.2 縱橫向裂縫

該裂縫一般出現在跨中、負彎距鋼筋端部、ＰＶＣ電線暗管敷埋處。

2.3 長裂縫

一部分房間預埋ＰＶＣ電線管的板面上出現裂縫，裂縫寬度達０．２ｍｍ～０．３ｍｍ左右。這種裂縫僅在樓板表面出現，板底無裂縫。

2.4 不規則裂縫

裂縫出現部位形狀無規則，或散狀或龜裂狀。一般發生在房屋東西兩單元、閣樓頂層部位。

３ 從設計方面分析裂縫及控制方法

造成現澆鋼筋混凝土樓板開裂有設計原因、施工原因、材料原因，本文僅從設計方面進行探討。隨著經濟的快速發展、建設任務增加迅猛，勘察設計隊伍亦在迅速擴大，住宅工程相當一部分是由乙級和丙級設計單位承擔。住宅設計單位低資質，或由于設計市場管理的不到位，造成低資格設計人員掛靠設計，而掛靠單位收取一定比例管理費后，就盲目蓋章、簽字，根本不對圖紙的結構安全、合理性、完整性等認真審核。結果是一部分住宅工程勘察設計質量低下，問題較多。另一個原因是，一些住宅開發商任意壓價，片面降低勘察設計費，以收費最低為主要條件選擇勘察設計單位，同時又不講合理設計時間，限期開工，逼迫提前出圖，造成施工圖設計深度不夠，問題必然較多。

3.1 目前與溫度有關的裂縫計算公式有：

連續式約束條件下樓板、長板、剪力墻、大底板等最大約束應力計算公式：

σ＊ｘｍａｘ＝－ＥａＴ１－１ｃｈβＬ２Ｈ（ｔ，τ）（１）

或按時間增量的計算公式：

σ＊ｘｍａｘ＝∑ｎｉ＝１Δσｉ＝-ａ１－ｕ∑ｎｉ＝１１－１ｃｈβｉＬ２ΔＴｉεｉ（ｔ）Ｈ（ｔ，τ） （２）

當應力超過混凝土的抗拉強度時，可求出裂縫間距：

Ｌｍａｘ＝２ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ （３）

Ｌ＝１．５ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ（４）

Ｌｍｉｎ＝１２Ｌｍａｘ（５）

式中，Ｔ-包含水化熱、氣溫差及收縮當量溫差。同號疊加，異號取差，由此可見，夏天炎熱季節澆筑混凝土到秋冬冷縮都是疊加的，拉應力較大;

Ｈ（ｔ，τ）-松弛系數。在保溫保濕養護條件下(緩慢降溫即緩慢收縮)，松弛系數取０．３或０．５，當寒潮襲擊或激烈干燥時，松弛系數取０．８，應力接近彈性應力，容易開裂;

Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３（Ｔ１為水化熱溫差、Ｔ２為氣溫差、Ｔ３為收縮當量差，取代數和）;

εｐ-混凝土的極限拉伸。級配不良，養護不佳，取０．５×１０-４～０．８×１０-４;正常級配，一般養護，取１．０×１０-４～１．５×１０-４;級配良好，養護優良，取２×１０-４;配筋合理(細一些，密一些)，可提高極限拉伸２０%～４０%。構造配筋宜為０．３%～０．５%;

Ｈ-均拉層厚度(強約束區);

Ｅ-混凝土彈性模量;

Ｃｘ-水平約束系數;

ｃｈ、ａｒｃｃｈ-雙曲余弦及雙曲余弦反函數;

ａ-線膨脹系數，一般情況εｐ≤｜ａＴ｜，當εｐ≥｜ａＴ｜時取εｐ＝｜ａＴ｜，［Ｌ］→∞。

裂縫開展寬度:

δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬ２（６）

δｆｍａｘ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍａｘ２（７）

δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍｉｎ２ （８）

β＝ＣｘＥＨ（９）

式中，ψ-裂縫寬度經驗系數;

Ｃｘ-約束系數。

3.2 住宅長度超長

住宅平面超長，由于溫差和材料變形，會造成墻體和樓板橫向開裂。僅就長度而言，結構長度與應力呈非線性關系，如結構長度小于規范要求，結構內力影響很小。

3.3 平面形狀

當住宅臥室沿長度、寬度方向尺寸變化，由于樓板剛度不一致，會產生不相同變形，引起薄弱部位開裂。

3.4 結構設計方面原因

3.4.1 近代國際上結構的設計原則是，整個建筑結構的功能必須滿足兩種狀態的要求:①承載力極限狀態，以保證結構不產生破壞，不失去平衡，不產生破壞時過大變形，不失去穩定。②正常使用極限狀態，以確保結構不產生超過正常使用狀態的變形、裂縫及耐久性、振動及其它影響使用的極限狀態。目前人們對第一極限狀態已給于足夠重視并嚴格執行，而對第二種極限狀態卻經常被忽視。

3.4.2 從鋼筋混凝土現澆樓板各種受力體系分析，無論是按單向板設計還是按雙向板設計，是單跨還是多跨連續板設計;無論是板端支承在磚墻上還是支承在過梁或剪力墻內，受力狀態考慮都是局限于樓板平面的應力變化(按彎矩配置抵抗正、負彎矩的受力鋼筋)、板平面的受剪變形。即使是考慮板端嵌固端節點產生彎矩，也只是考慮板平面彎曲或屈曲所產生的應力。在樓板受力體系分析時，對于現澆結構構件之間在三維空間中如何分配內力、協調變形，根本沒有考慮。

3.4.3 目前不少設計人員只按單向板計算方法來設計配置樓板鋼筋，支座處僅設置分離式負彎矩鋼筋。由于計算受力與實際受力情況不符，單向高強鋼筋或粗鋼筋使混凝土樓面抗拉能力不均，局部較弱處易產生裂縫。部分設計人員對構造配筋，放射筋設置不重視或不合理，薄弱環節無加強筋。

3.4.4 結構設計對板內布線引起裂縫的構造考慮不夠。住宅電器、電信快速發展的今日，現澆樓板內暗敷ＰＶＣ電線管越來越多，甚至有些部位三根交錯疊放，兩根管交錯疊放更為普遍。ＰＶＣ管錯疊處板的抗彎高度大大降低，從而減弱了板的抗彎性能。

3.4.5 對開口樓板，特別是開洞口比較大的雙向板，設計時往往只考慮樓板在豎向荷載作用下的洞口四周加強配筋。由于縱向的受力鋼筋被切斷，而忽視了板與墻體或板與梁的變形協調問題。這時如墻或梁的剛度較大，板的孔邊凹角處未必出現應力集中現象，開洞板易發生翹曲。

結語：

現澆鋼筋混凝土樓板裂縫是工程常見的質量通病，只有在設計過程中針對各影響因素考慮全面、細致，嚴格遵守設計規范，才能大大減少現澆鋼筋混凝土樓板產生裂縫的可能。