淺談鋼筋混凝土結構設計中的裂縫控制

摘要:裂縫的出現會降低鋼筋混凝土結構自身的強度及耐久性，而控制裂縫的出現又可以從施工及設計方面來采取措施，本文列舉了裂縫的危害及出現的形式，闡述了鋼筋混凝土構件產生裂縫的機理，指出了當前結構設計中對裂縫控制工作的不足，并在此基礎之上提出了結構設計中應采取的工作措施。

關鍵詞:危害 形式 機理 存在問題 防治措施

1 裂縫對鋼筋混凝土結構造成的危害

1.1 鋼筋混凝土結構受力重新分配 鋼筋混凝土結構正常使用時，鋼筋抵抗拉力，混凝土則抵抗壓力，當鋼筋混凝土結構開裂之后，裂縫處的鋼筋與混凝土錨固失效，鋼筋的應力變化極大，混凝土由整體變為破碎的各部分，上部混凝土受壓區高度相對變小，壓應力也急劇增長。

1.2 鋼筋混凝土結構的抗剪能力下降 當鋼筋混凝土結構開裂之后，混凝土由一個整體被分為各支離破碎的部分，混凝土的各個截面不再完整，使得起到抗剪作用的凈截面面積減小，整體的抗剪能力大幅度下降。

1.3 鋼筋混凝土結構的剛度減小 鋼筋混凝土結構開裂比較嚴重時，裂縫截面處的中性軸上移，結構的變形加大，剛度減小，整體撓度隨著裂縫的發展而激增。

1.4 鋼筋混凝土結構的疲勞度下降 裂縫的出現不但降低了結構的整體剛度，還使得鋼筋及混凝土長時間處于高應力拉壓狀態，降低了它們的疲勞壽命，從而降低了整體結構的疲勞度。

1.5 鋼筋混凝土結構的強度降低 裂縫的出現致使結構中的鋼筋外露，空氣及水分中有腐蝕作用的成分侵入混凝土內部，引起鋼筋銹蝕及混凝土質變，導致整個結構強度逐漸降低，強度的降低又會加大裂縫的擴展，最終造成結構的受力性能進一步惡化，鋼筋混凝土結構的耐久性及使用性能嚴重下降。

2 鋼筋混凝土裂縫的種類及形式

2.1 鋼筋混凝土裂縫的種類

2.1.1 結構裂縫 對于現澆的鋼筋混凝土結構，不同的結構構件之間剛度往往是不同的，因此這就容易造成一些結構中形成相對剛度薄弱區，就是在這些相對薄弱部分及結構的截面突變處，易出現結構裂縫破壞，如建筑物墻角處及鋼筋混凝土樓板的板端處。

2.1.2 溫度裂縫 溫度裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的裂縫，它的形成是由于外界溫度變化較大，混凝土隨著溫差而發生熱脹冷縮，這種裂縫常出現在建筑結構的屋面層。

2.1.3 構造裂縫 造成鋼筋混凝土結構出現構造裂縫的原因主要有混凝土的水灰比過大、模板的滑動、混凝土澆筑時未充分振搗等。除此之外，支架下沉、脫模過早，混凝土養護工作未做好也會造成鋼筋混凝土結構出現構造裂縫。

2.1.4 收縮裂縫 混凝土結構在養護過程中會逐漸的硬化、碳化及脫水，這一過程一直持續，即使達到28天齡期也不會停止，這一特性是水泥基混凝土的固有特性，再加上混凝土硬化時發生化學反應再失掉一部分水分，因此整個過程中均有混凝土收縮的現象出現，此時就會形成各種收縮裂縫。

2.2 鋼筋混凝土裂縫的形式

2.2.1 45°斜裂縫 此種裂縫通常出現在建筑物墻角處，與水平面成夾角45°，因此被稱為45°斜裂縫。

2.2.2 長裂縫 此種裂縫常出現在建筑物的樓面板及屋面板的上表面，是由于房間內預埋管線造成的混凝土裂縫，一般寬度較小，肉眼幾不可見。

2.2.3 不規則裂縫 裂縫呈散葉狀或龜裂狀，一般出現在建筑結構頂層部位。在鋼筋混凝土結構的跨中及端部也會出現。

3 鋼筋混凝土裂縫的限制范圍

有關混凝土的現代實驗已經證明了鋼筋混凝土結構在使用之前就已經存在著微裂縫，混凝土結構的裂縫破壞就是這些微裂縫的擴展，因此鋼筋混凝土結構產生裂縫具有必然性，所以在實際使用中，鋼筋混凝土結構出現有限制的裂縫是允許的，各國對鋼筋混凝土構件的裂縫寬均有寬度限值的規定，如美國ACI規定的混凝土裂縫限制值為:干燥空氣中0.4mm，潮濕空氣中為0.3mm;而我國的則是干燥空氣中為0.3mm，潮濕空氣中為0.2mm。一般的，混凝土出現微小裂縫時，只要修補措施做的適當，并不會影響結構的使用功能，另外，寬度在0.2mm以內的裂縫是可以自行愈合的，其愈合的原因是混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣，既而再與氫氧化鈣結晶沉淀在裂縫內，結果就使得裂縫自行密實，猶如愈合一樣，但愈合的前提條件是裂縫中不能有水的流動，水的流動會克服晶體之間的結合力并將沉淀的晶體帶走，因此，對于一些地下鋼筋混凝土結構，做好減水及防水措施對于防止混凝土裂縫的出現就顯得極為重要。

4 裂縫開裂的機理

鋼筋混凝土結構在使用之前處于不受力的狀態，且內部應力為零，當結構正常使用時，混凝土結構就受到約束力的作用而不能發生自由的變形，此時由于混凝土自身的收縮就導致了混凝土受到拉應力作用，混凝土在拉應力作用下發生徐變，混凝土所具有拉應力隨著徐變的進行而不斷下降，直至達到凈拉應力值，此時，若凈拉應力大于或等于混凝土結構的抗拉強度時，混凝土結構就會出現裂縫。隨著混凝土的收縮，徐變，開裂的裂縫會越來越大，因此，若想減少混凝土結構的開裂，必須要降低混凝土的收縮度，做好混凝土配合比、攪拌及養護等環節。

5 當前鋼筋混凝土結構裂縫控制設計方面存在的問題

5.1 未重視結構設計原則 當前我國規范規定的結構設計原則為:建筑結構的設計必須要滿足承載力極限狀態及正常使用極限狀態，前者是保證建筑結構不會發生破壞及失穩等破壞的極限標準，而后者則是保證建筑結構不出現超過正常使用狀態的變形、裂縫以及可靠、耐久等其它影響正常使用的極限標準。當前許多設計人員只注重滿足承載力極限狀態，而正常使用極限狀態卻往往被忽視。

5.2 簡化計算，導致與實際受力不符 很多的設計人員在計算鋼筋混凝土結構時，為求簡單，往往將復雜受力體系簡化為簡單的結構，如將雙向板當單向板計算，這樣計算出的配筋往往與實際的受力情況不符，導致結構構件局部產生裂縫。

5.3 忽視了結構設計的整體性 由于現在設計的分工，設計人員往往是你計算你的梁，我設計我的柱，忽視了結構本身的整體性及協調性，建筑結構的設計是一個整體性的設計，在計算以及配筋時，必須考慮到結構與結構之間、構件與構件之間的變形協調問題，同時，相臨結構構件在角邊處的應力影響現象也要重視。

6 鋼筋混凝土結構的裂縫控制在結構設計方面的對策

6.1 合理簡化結構體系 根據實際情況，對復雜的結構體系進行合理簡化，運用概念設計理念，對實際存在而又被忽略的變形及受力要在計算配筋時加以考慮，對于結構易出現裂縫部位，可根據經驗采取適當的措施進行預防。

6.2 結構的尺寸設計要適當 前文已經提到，溫差及材料的變形均會導致鋼筋混凝土結構開裂，當結構的尺寸過長時，結構因溫差及材料的變形所引起的應力就會越大，此時建筑的墻體與樓板易出現橫向裂縫，經統計發現，結構的應力與其長度呈非線性關系，因此在設計時必須要保證結構的尺寸滿足設計規范要求，以防止或減少結構裂縫的出現。

6.3 結構的形狀及布置要盡量規則 結構的形狀及布置不規則時，由于各方向上結構的剛度不一，因此產生的變形也不盡相同，在結構的剛度薄弱處易形成裂縫。因此在設計時應盡量保證結構形狀以及結構布置的規則性。

6.4 對板類構件裂縫控制采取防治措施 對于易出現裂縫的屋面及樓面鋼砼構件，在結構設計時可采用預應力混凝土，在樓面板預埋管線時，對管線進行支架固定，在管線交叉處要采用專門設計的接線盒以減少鋼筋混凝土板的剛度削弱。

7 結語

鋼筋混凝土結構裂縫是工程中常見的質量通病，但它的出現并非與荷載作用有直接的關系，大量的研究表明，裂縫的出現是由于結構自身的變形所引起的，要想盡量減少結構裂縫的出現，就必須在結構設計過程當中綜合考慮各方面的因素，嚴格遵守相關設計規范及準則，當前預應力鋼筋混凝土的出現，已經使得鋼筋混凝土結構能夠設計成為不開裂的形式，但如何進一步做好鋼筋混凝土結構設計裂縫控制的工作，還是一個值得深入探討的課題。

參考文獻:

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