淺論建筑結構設計中控制裂縫的措施

曾敏華

（江西省建筑設計研究總院）

淺論建筑結構設計中控制裂縫的措施

曾敏華

（江西省建筑設計研究總院）

結構裂縫在建筑設計使用過程中非常普遍，日益增加的混凝土結構裂縫已引起諸多業主和用戶的不滿及投訴。本文主要針對結構設計中裂縫的控制措施及方法進行了闡述，供同行參考。

混凝土裂縫；結構設計；控制措施

1　結構設計中存在的裂縫

1.1基礎不均勻沉降

由于結構基礎的不均勻沉降，導致結構某些部位出現拉裂縫，特別在某些采用兩種或多種基礎形式的結構中更易出現此種情況。

1.2不當或過于復雜的結構形式

過于追求立面效果，平面布局凹凸較多，結構體型突變，剛度突變等，容易造成轉角突出的地方由于應力的集中形成薄弱部位，再加上混凝土自有特性，更易出現拉裂縫。

1.3鋪設管道產生的裂縫

一般結構的樓面及屋面板厚為100mm左右，但是由于電氣，水暖等專業將照明、通訊網絡等所需線管直接敷設于現澆板中，并且有時在一處集中交叉甚至多層交叉，削弱了現澆板實際厚度，導致了板上裂縫的產生。

1.4荷載設計中考慮不全

由于在計算荷載的時候未考慮周全，漏算荷載，導致實際施工和使用時荷載大于荷載設計值，從而產生裂縫。

1.5鋼筋代換時僅考慮強度代換

由于客觀條件所限，有時業主要求用高強度鋼筋對已設計完成的工程所使用的鋼筋進行代換，此時，設計人員有可能僅進行強度代換，而疏忽了實際面積的代換。

2　設計中對鋼筋混凝土結構裂縫的控制

由于裂縫的產生，不但會影響外觀效果，更有可能導致構件內部鋼筋的銹蝕，影響使用耐久性和安全性。而結構設計作為工程的重要環節，在設計的過程中就應該注意對裂縫的控制.

2.1一般裂縫控制

2.1.1裂縫驗算

混凝土結構應該按照《混凝土結構設計規范》（GB5001-2002）的規定，根據荷載效應來進行裂縫寬度的驗算，對于不符合的應該及時調整。在設計時就應重視裂縫問題，構件設計時，不能僅考慮強度問題，在沒有確切把握的情況下，對所有的梁板均應進行裂縫寬度驗算，尤其是當梁配筋率小于1%的時候，更應該引起重視。

2.1.2分割措施

對于較長的建筑結構，在設計時可以考慮采取分割措施將建筑物分成若干的結構單元。這樣就能減小結構構件內部各種作用（例如溫差，混凝土收縮，基礎不均勻沉降等）產生的拉應力。并且對于處于不利條件下（抗震不利地段，軟弱地基上）的建筑物更應嚴格按設計規范要求合理布局結構單元。合理設置后澆帶，可以適當的增大伸縮縫的間距，但是后澆帶仍不能代替伸縮縫，在建筑物過長時.仍然需要按規范要求設置伸縮縫。后澆帶內的鋼筋一般情況下不截斷，但是如果是為解決高層建筑與其裙房之間的沉降而設置的后澆帶，內部的鋼筋宜截斷并采用搭接連接方式，待相鄰兩側結構滿足了設計允許沉降差異后，方可進行澆筑。

2.1.3設計時考慮周全

設計時充分考慮偶然作用和非設計工況所引起的效應，并在相關部分采取合理的控制裂縫的構造措施。例如：按簡支設計的時候，實際上端部仍然受到一定的嵌固約束；按自由端考慮，但在荷載較大使構件發生位移，變形加大后，可能起到約束作用的部分；平面凹凸、立面剛度變化突變的部位，容易引起應力集中的部位；房屋兩端的陽角處以及山墻處的樓板，屋面板；現澆結構中與周圍梁柱整體澆筑的樓板；大體積混凝土等等。

2.1.4配筋時對鋼筋的選擇

根據《混凝土結構設計規范》、（GB50010-2002）8.1.2中可以看出，鋼筋面積與裂縫寬度的關系，因此在其他條件不變的情況下。酌情選用細直徑鋼筋對于裂縫控制是有利的，也是控制裂縫寬度的很實用的方法之一。因為在外部條件和配筋總面積一定的情況下，鋼筋直徑越細，排列就越密，與混凝土的粘結力就越好，混凝土產生的裂縫越分散，使較寬深的單條裂縫分散成多條細淺的裂縫，對于結構是有利的。但是由于這樣會增加施工難度，且在截面過小時，由于鋼筋間距的減小，不利于混凝土的澆筑，因此應根據實際情況選用。

在條件允許的情況下，盡可能的選用螺紋鋼筋，因為其和混凝土的粘接力更大，可以有效地控制裂縫的生成和寬度。

2.1.5設計交底完善

由于我國國情所限，施工單位素質參差不齊.設計人員在進行施工技術交底時。應特別強調養護是防止混凝土產生裂縫的重要因素，應當充分重視，并根據當地情況制定適宜的養護方案。且應強調在施工過程中，不得隨意堆載等。

2.2具體結構構件裂縫控制

2.2.1基礎裂縫控制

基礎的混凝土強度等級宜按《混凝土結構設計規范》采用；第3.4.1條規定了一般基礎的環境類別為二a或者二b類，第3.4.2條規定了最低混凝土強度等級：二a類為C25，二b類為C30。保證基礎的最小配筋率，根據基礎形式的不同，按照相應的規范要求。但任何基礎的受力鋼筋都不小于A10@200，分布鋼筋不小于A8@200。

雖然《建筑地基基礎設計規范》第8.2.2條4款規定：“當柱下鋼筋混凝土獨立基礎的邊長和墻下鋼筋混凝土條形基礎的寬度大于或等于2.5m時，底板的受力鋼筋的長度可取邊長或寬度的0.9倍，并宜交錯布置。”這樣做雖然就基礎受力來說是適宜的。但是就導致了基礎底板的部分區域鋼筋間距增大，在該區域產生裂縫的可能性增大。如果交底時表達不清，而施工單位又不注意，就有可能產生施工事故，例如全部0.9L長的鋼筋順放于一端，導致0.1L的基礎區域無鋼筋，使得基礎實際面積減小了0.1L且相對于柱偏心距增大。因此建議盡可能的按全長配筋。

2.2.2梁、柱的裂縫控制

控制保護層厚度。當梁柱的保護層厚度超過50mm時，按照《鋼筋混凝土結構規范》9.2.4，應對保護層采取有效的防裂構造措施，或者按擴大的柱截面配置縱向鋼筋和箍筋。

當梁高≥450mm時，因為梁截面的增大，有可能在梁側產生垂直于梁軸線的收縮裂縫，因此應在梁側根據最小配筋率配置縱向鋼筋，按照《混凝土結構設計規范》10.2.16條，在梁的兩個側面沿高度配置縱向構造鋼筋，每側縱向構造鋼筋的截面面積不應小于梁腹板截面面積的0.1%，且間距不宜大于200mm。當梁需要進行疲勞驗算的時候，為防止由于反復的水平力致使梁下部腹板產生裂縫，也應當按照《混凝土結構設計規范》10.2.17條之規定在梁下部1/2梁高范圍的腹板內，沿兩側縱向設置構造鋼筋間距100～150mm。

在主次梁交接處或者有集中荷載的部分應設置附加鋼筋，因為當集中荷載在梁高范圍內或者梁下部傳人時，集中荷載影響區下部混凝土有可能出現拉脫，且由于間接的加載導致梁的斜截面受剪承載力降低。附加橫向鋼筋宜優先選用箍筋，對于防止梁側斜裂縫效果較好。

2.2.3板的裂縫控制

由于樓（屋）面板的邊界約束條件較復雜，且混凝土收縮應力和溫度應力較精確的理論計算至今未完全解決，而在實際的施工過程中，由于各種原因，無法使板處于設計時的理想狀態，因此在工程設計實踐中，只能從設計概念和構造措施上對其進行控制，實踐表明，采取適當的措施后，現澆樓板的裂縫是可以得到一定的控制的。

由于混凝土收縮和溫度變化是引起裂縫的主要原因，因此設置溫度收縮鋼筋有利于減少這類裂縫。因為板中已配的受力鋼筋和分布鋼筋也可以抵抗溫度和收縮產生的拉應力，所以溫度鋼筋應主要在末配置鋼筋的部位和配筋數量不足的部位沿溫度、收縮應力的主要受力方向布置溫度收縮鋼筋。但是由于無法精確的對這兩種作用產生的應力進行計算。因此應按照《混凝土結構設計規范》第10.1.9條規定的原則和最低數量進行配置。

樓板有凹口時，在此處由于應力的集中，極易出現裂縫，應當與其他專業溝通調整；當建筑平面有不可避免的凹口時，凹口內側的樓板應適當的加厚并加強配筋，使其能抵抗住在此集中的溫度應力和混凝土收縮應力。而由于異形樓板的受力不十分明確，因此，建議加設小梁分割成較規則的形狀，以便于計算分析以及對裂縫的控制。若由于特殊原因不能設置小梁，建議對面積較大的異形板采用整板雙層雙向配筋，以控制由于計算分析不精確而產生的裂縫。

選用適當強度等級的混凝土，《鋼筋混凝土結構裂縫控制指南》。規定：樓、屋面板采用普通混凝土時，其強度等級不宜大于C30。因此建議選用C25～C30。

現澆的鋼筋混凝土結構中，板邊的支座負筋應按照嵌固計算配筋，而不應按簡支計算后按構造配筋。由于框架梁，連梁，剪力墻對板的嵌固作用，僅按構造配筋，板面也有可能開裂。只有當現澆板的支承構件為砌體且在支座處的板面上沒有砌體或者僅有較矮的女兒墻時，才宜按簡支計算。

適當增加樓板厚度，因為根據林同炎和S·D·思多臺斯伯利著的《結構概念和體系》附錄B中給出的水平構件的近似高跨比：鋼筋混凝土實心板平均值為28，最大為32，支承載梁上的雙向板平均值為30，最大值為36。而目前我國常用的為：混凝土實心板為30～35，雙向板為35～40。由于板內應力計算不確定性，因此適當的加厚樓板并相應配置鋼筋對裂縫的控制是可行的。

板鋼筋的選用應在保證計算面積的前提下選用細直徑，密間距鋼筋。由于間距的減小，鋼筋與混凝土粘結面的增大，裂縫也能得到很好的控制。采用冷軋帶肋、冷軋扭鋼筋等強度較高的鋼筋配筋，作為板受力鋼筋是可行的。但是應注意不能僅按強度代換，在裂縫控制方面，更應注意實際面積。因為強度高，所需鋼筋面積較少，有可能對裂縫控制不利。一些施工單位為節約投資，以高強度鋼筋直接進行強度代換后施工，這更是不負責的行為。因此，在保證同等質量前提下，在板的施工中，想以高強度鋼筋代換較低強度鋼筋以節省投資的效果是不明顯的。

在陽角，陰角板塊及較大的板塊的四角部位板上、下側增設與對角線平行的A8-10@100鋼筋，這種做法可以很好的防止樓板四角部位出現45°裂縫。上側鋼筋放在負筋以上，下側鋼筋放在板下部鋼筋以下。

設計人員在進行板的荷載計算時應注意不要漏算或者取值偏小，應該考慮到有某些特殊情況產生的預計外的荷載。例如對于不上人屋面的活載取值0.5kN/m2就略顯偏小，因為有可能滿足不了施工荷載的要求，而《建筑結構荷載規范》表4.3.1注1也規定：不上人屋面，當施工或維修荷載較大時，應按實際情況采用，建議取值不小于1.5kN/m2。鋼筋的布置也不應機械的固守于梁軸線垂直的概念，而應該按實際情況綜合考慮鋼筋的布置方向，例如圓形，半圓形板或弧形板鋼筋就宜沿環向和徑向布置。

3　結束語

針對鋼筋混凝土結構中的非結構性裂縫，雖然混凝土內應力的理論計算并未完全解決，但是多從設計理念入手，有針對性地設置構造措施，是有明顯的效果的。

而對于鋼筋混凝土結構中結構性的裂縫控制，就更需要設計人員提高設計質量，以客觀務實的態度來對結構體系進行分析和設計，清楚地意識到受力狀態是一種客觀存在的，不是主觀假設可以避免的。

總的來說，要徹底清除鋼筋混凝土結構中的裂縫現象，還需要進一步的積極探索，設計人員更要不斷的提高自身素質，采用更為科學的防治措施，控制裂縫。

TU318

A

1673-0038（2015）13-0003-02

2015-3-8