高層建筑結構裂縫成因分析

楊 君　（開縣公共資源交易中心，重慶 405400）

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高層建筑結構裂縫成因分析

楊 君（開縣公共資源交易中心，重慶 405400）

建筑物出現裂縫是比較常見的現象，輕則影響美觀，重則造成結構不安全。以沿海地區某高層建筑為例，通過計算，對荷載不同組合工況下結構的裂縫寬度進行比較，分析裂縫的成因，供廣大設計人員參考。

裂縫；風荷載；荷載組合

1　裂縫的形成原因

混凝土結構的建筑物出現裂縫是比較常見的現象。從理論上講，混凝土構件尤其是受彎構件是允許出現裂縫的，而且總是帶裂縫工作，從而達到減小構件截面和配筋、充分利用材料強度的目的。但是隨著裂縫的增加，會影響結構美觀，甚至會造成住戶不安。當裂縫足夠長足夠寬時，會造成鋼筋保護層剝落，進而影響結構安全。所以，當裂縫逐漸增多時，應引起高度重視。

建筑物在使用過程中，其結構承受的荷載可以分為兩類：第一類為外力荷載，包括靜荷載、動荷載等；第二類荷載為結構變形所引起的荷載，如溫度、收縮、地基不均勻沉降等。結構開裂的原因大致可以分為以下3種：

①由于外荷載的直接作用面引起的裂縫，如靜載、風荷載、震動等引起的裂縫；

②由于結構變形（如溫度而引起的收縮、膨脹；混凝土的徐變；地基的不均勻沉降等）而引起的裂縫；

③由于外荷載作用，結構產生次應力而引起的裂縫。

從以往大量研究裂縫的文獻資料來看，大多數傾向于認為80%的裂縫是由于非荷載的原因引起的，也即是說由于變形的原因引起的。

2　現行規范關于裂縫的計算

按《混凝土結構設計規范》（GB50010－2010），混凝土構件的裂縫寬度驗算屬于正常使用極限狀態設計范疇，應分別按荷載的準永久組合并考慮長期作用的影響或標準組合并考慮長期荷載作用的影響。對一類環境中的混凝土構件，其最大裂縫寬度限值為0.3mm。最大裂縫寬度計算公式為：

對混凝土受彎構件

式中：sσ為按荷載準永久組合計算的混凝土構件縱向受拉普通鋼筋應力或按標準組合計算的預應力混凝土構件縱向受拉鋼筋等效應力；Mq為按荷載準永久組合計算的彎矩值。

在《建筑結構荷載規范》（GB50009－2012）中，荷載準永久組合的效應設計值按下式計算。

而準永久值系數qψ取0.0，也即是說，風荷載不具有永久性，在驗算裂縫寬度時無需考慮風荷載。一般情況，在結構設計中，設計人員也都按這一規則進行設計。但筆者從沿海地區某工程實例來看，在臺風較為頻繁且風力較大的地區，驗算裂縫時不考慮風荷載，結構偏于不安全。

3　工程案例

3.1工程概況

某沿海地區高層建筑地上22層，地下1層，框筒結構，建筑面積約18000m2，1996年竣工，1998年投入使用，竣工之后遭受了一次特大臺風。至投入使用以來，建筑物在不同部位開始出現不同程度的裂縫，而且隨著時間的推移，裂縫愈來愈多，愈來愈長，特別是樓板和梁。通過現場實地勘測并估算，梁、板裂縫多達5000多條，長度一般為0.2～0.6m，寬度超過0.3mm的裂縫超過50%。通過儀器對建筑物的傾斜進行了測量，測量結果表明其傾斜程度較小，滿足規范要求。但混凝土強度低于設計值。

3.2結構復核計算

考慮到建筑物處于臺風較大較頻繁的地區且曾遭受過特大臺風，筆者更傾向于認為臺風是造成裂縫的主要原因。通過PKPM軟件對建筑物重新建模型計算，并對未考慮風荷載組合的彎矩和以風荷載為控制荷載的彎矩兩種工況進行了比較，發現二者相差較大。其結果如下。

3.2.1計算參數

混凝土容重取26kN/m2，樓面恒載取2.0kN/m2，活荷載取2.0kN/m2（衛生間、陽臺取2.5），風荷載取0.8kN/m2，地震烈度為7級，結構抗震等級為2級，梁柱縱筋采用HRB335、箍筋采用HPB235，混凝土強度等級按現場抽蕊取樣實測的強度等級。

3.2.2實測結果（見下表）

按照上面計算的彎矩進行裂縫寬度驗算，結果（略）表明二者相差較大。

4　結論

現行規范中，驗算裂縫寬度時并未組合風荷載，本文的復核計算也不能充分證明風荷載和裂縫之間的因果關系，從上文中的實例來看，裂縫不應是不均勻沉降引起的。因此筆者認為，在臺風較大較頻繁的地區，在進行結構變形驗算時，應考慮風荷載的影響，以確保結構安全。

[1]GB50009－2012，建筑結構荷載規范[S].

[2]GB50010－2012，混凝土結構設計規范[S].

[3]JGJ3－2010，高層建筑結構技術規程[S].

[4]王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海：上海科學技術出版社，1987.

[5]陳洪波，謝方明.混凝土結構裂縫計算的討論[J].杭州應用工程技術學院學報，1999（9）：29-32.

[6]趙國藩，李樹瑤，等.鋼筋混凝土結構的裂縫控制[M].北京：海洋出版社，1999.

[7]鐘福平，李劍波，王奕莉.鋼筋混凝土結構裂縫計算方法簡介[J].煤碳工程，2004（5）：56-58.

[8]許雪鋒.鋼筋混凝土結構板角斜裂縫分析[J].廣州大學學報（自然科學版），2003（1）：74-77.

[9]陳肇元，崔京浩，朱金銓，等.鋼筋混凝土裂縫分析與控制[J].工程力學，2001（S1）：57-84.

TU755.7

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1007-7359(2016)03-0126-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.045

楊君（1971-），男，重慶開縣人，本科，工程師，主要從事建筑工程、市政工程及設施招投標、工程造價管理等方面的工作。