龙发
广东省轻纺建筑设计院有限公司
摘要：在结构设计工作中会一直遇到裂缝控制的问题，本文通过介绍几种经常出现的裂缝类型，再对其各自的采取的措施做相应的介绍。
关键词： 民用建筑、结构设计、裂缝控制
一个项目从设计到竣工这整个过程我们建筑、结构、施工等各专业技术人员都会采取一系列措施来控制裂缝，可见裂缝的问题是一个避免不了且又不好处理的问题。裂缝类型主要有变形变化（温度、收缩、徐变、不均匀沉降等）产生的裂缝跟荷载效应（标准组合或准永久组合）产生的裂缝。裂缝问题会一直伴随着我们的整个建筑结构设计工作，只要钢筋处于工作受力状态裂缝的出现我们就不能避免，虽不能避免但是我们可以采取一系列建筑及结构措施将裂缝宽度控制在规范要求范围。
1、变形变化引起的裂缝
温度裂缝：当混凝土结构受到寒潮的影响，或者施工时温差变化大，会使得混凝土结构表面温度急剧下降，从而产生收缩，同时表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，产生很大的拉应力从而导致混凝土表面较浅的范围内产生裂缝。塑性收缩裂缝：混凝土在强度没有达到使用要求前，由于环境温度、风速、湿度等的影响，导致混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而混凝土的强度低尚不能抵抗其本身收缩，从而产生开裂。沉降裂缝 ：结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致。
1.1材料措施
施工时应尽量避免高温施工，但是施工时的温度并非我们设计人员能控制，不过我们可以对混凝土结构材料提出一些要求。如选用质量稳定、低水化热和含碱量较低的水泥；选用粒形良好、坚固耐久、级配合格的骨料，并严格控制砂石骨料的含泥量；另外还可加入适宜的添加剂。最后应加强养护措施，将材料的不利影响降到最低。混凝土的放热量在一定程度上跟水泥用量及水灰比是成比的，放热越多混凝土就越容易出现裂缝。尤其高强度的混凝影响尤为突出，这是由于高强度混凝土中以矿物细掺和料代替了水泥，还添加了减水剂，从而改善了混凝土的内部结构，给高强混凝土带来许多优良特性，但是也带来了不利影响，混凝土的收缩导致裂缝几率增大许多。所以在设计基础工程特别是大体积混凝土工程尽量使用C25、C30的混凝土。而对于楼板等较大体积的混凝土结构，除非计算上需要强度较高的混凝土，否则混凝土强度等级也宜采用C30及以下。当避免不了采用高强混凝土时，对高强、高性能和有特殊要求的混凝土，应该由各方单位参与配合比设计以达到使用要求。
1.2建筑措施
温度作用还可以采取一些建筑做法来降低其影响。暴露在外的墙、屋面等构件由于温度的变化产生的热胀冷缩的作用导致房屋端部转角处容易产生45度的斜向裂缝，因此建筑做法设置保温层可解决温差的问题，条件允许还可以同时设置隔热层，以减少日照辐射所导致的面层结构升温。建筑外墙瓷砖涂料等装修材料不宜采用深色材料，减少对太阳热量的吸收。对于高度较高的建筑外墙宜采用各类建筑幕墙，对温度的影响有着显著的控制作用。
1.3结构措施
结构上合理的增大配筋量或者增加构造钢筋对裂缝的控制是非常有效的。受温度变化影响较大的结构宜适当加强配筋，如屋面板等室外构件，满足计算要求之外板厚最小120mm配筋最低采φ8@200双层双向拉通。梁截面腹板高度不小于450mm时可设置抗裂构造腰筋，上部结构构件保护层厚度大于50mm设置抗裂钢筋网片。当伐板厚度不小于2000mm时，可在中部设置直径不小于φ12@300的双向钢筋网（一部分人认为，虽然基础板时常测温，但中部受力情况很难估计，配给量也难于规定。基础底板面积大，如配置构造筋，总数量相当大。据水利工程设计人员称，对5米厚度以下混凝土结构，可不考虑水化热的影响。名用建筑基础底板不可能有这样的厚度[1]）。对于异性楼板由于受力复杂容易产生的裂缝，楼板应采用双层双向配筋，采用直径小间距密的配筋方式，楼板阳角处应设置7根放射形钢筋，放射筋钢筋直接可同板筋直径且不小于10mm，长度不小于板跨的1/3，且不小于1.5m。另外也可设置暗梁使得楼板成为规则楼板受力明确而不宜产生裂缝。当现浇板大开动、宽度变化大等易引导收缩应力集中处，有条件时宜设置边梁。否者两侧应设置不小于被截断钢筋面积的补强钢筋。
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增加配筋量及增设构造钢筋对混凝土的裂缝控制也是有局限性的，随着混凝土结构的体积增加、长度增加导致混凝土收缩变形越来越大，此时再增加配筋不仅不能有效的控制裂缝，反而会使得裂缝变得更大。这个时候我们不得不采取其他有效措施，可按相应的国家规范标准，合理的设置伸缩缝、沉降缝等。不过随着社会的发展建筑品质要求越来越高，并且设缝也会带来很多不易处理的问题，所以往往建筑都是不允许设缝的，此时我们可以考虑设置施工后浇带。
1.4结构超长及大体积混凝土
当建筑的平面尺寸超过《混凝土结构设计规范》[2]相关规定的伸缩缝最大间距较多，且建筑专业追求建筑品质不允许设置伸缩缝时可采用施工后浇带的方法来解决结构超长带来的不利影响。后浇带设置间距不宜大于伸缩缝的间距要求，设置位置宜在结构受力较小处，一般在梁、板跨度内的三分之一处及剪力墙附近，其方向宜与梁正交，宜自上而下对齐，竖向上不宜错开。后浇带封闭时间宜滞后45d以上，混凝土强度等级宜提高一级，并宜采用无收缩混凝土，低温入模板。高层建筑带裙房的建筑宜在裙房一侧设置后浇带，且在结构设计上，应注意加强高层建筑与裙房相连部位的构造措施，适当提高纵向受力钢筋配筋率，用以抵抗后浇带封闭后由剩余差异沉降差所引起的结构内力。目前地下室车库项目的平面尺寸一般都大于要求设置伸缩缝的最大间距，但是由于地下室除了顶板及侧壁外，其他部位受温度的影响没有上部结构那么严重，因此地下室一般也是设置后浇带进行超长处理，同时应该适当加强地下室顶板及地下室外墙的配筋。尤其地下室外墙出现裂缝情况较为常见，所以不少设计人员的地下室外墙的做法都是将水平筋设置在外侧，对裂缝的控制有显著的效果，不过这也牺牲了截面的有效高度，使纵筋加大。有的项目地下室结构超长过多，同时还采用较大体积的筏板基础方案。此时仅仅设置后浇带不足以解决温度变化和混凝土收缩的影响，此时可以考虑采用补偿收缩混凝土，设置膨胀加强带。采用这种方法，可以进一步增加伸缩缝最大间距，同时用膨胀加强带取代部分施工后浇带，从而解决了温度及收缩的问题。但应注意，采用膨胀加强带取代部分施工后浇带时，膨胀加强带的位置应设置在结构温度应力集中部位，并应采取有效的措施以保证混凝土原材料的质量和微膨胀剂的配合比，同时对地下室结构各部位混凝土的限制膨胀率提出明确要求。
我们设计采取一系列措施的同时，施工上也需配合使用一些方法如整体分层浇筑、推移式浇筑法、跳仓法等等施工方法。不过这属于施工范畴在此不再介绍。
2、 荷载引起的裂缝
民用建筑常规计算的荷载应力引起的裂缝控制其实常常被设计人员忽视，因为民用建筑一般荷载不大，跨度也不大所以计算裂缝都比较容易满足。久而久之就会忽视了裂缝的问题，有时甚至都不查看裂缝的验算是否
满足规范，甚至已经施工完成的项目后期才发现裂缝验算不满足要求。其实裂缝不满足也要具体情况具体操作。一见梁端裂缝超过0.3mm就加大配筋、加大梁截面采取措施，其实这样做反而不安全，违背“强柱弱梁”的初衷。只要裂缝不是很大，是可略大于规范要求，例如裂缝0.3~0.35之间一般都不可用进行处理，原因主要有以下几点：首先程序计算时没有考虑有利因素的影响，例如反拱作用。其次梁的配筋是按弯矩包络图中的最大值计算，计算裂缝时，应选用正常使用的竖向荷载计算，不能用承载力极限状态下的弯矩计算裂缝。最后在梁配筋图绘制时，梁端实际配筋比程序计算中的计算结果略大，因为程序计算给出的配筋值为整数。当裂缝在0.3~0.35之间时我们的配筋原则应该是在满足面积的情况下，采用小直径钢筋。如果裂缝再大，小直径钢筋都不满足的情况下加大梁截面是比较有效的措施。双向板的两种计算模型，弹性跟塑性方法。塑性计算会比弹性经济不少，不过塑性计算是在出现裂缝的假定下进行的，所以如果为了较好的控制裂缝，又没有丰富的设计经验一般采用弹性方法计算较为稳妥。另外笔者曾经遇到过有的设计人员对规范不熟悉而造成的极大浪费，例如设计地下室顶板时验算裂缝采用了消防车荷载，还有地下室侧壁裂缝验算保护层厚度取到50mm。根据相关规范地下室顶板裂缝验算可不考虑消防车荷载，侧壁裂缝验算保护层厚度不用取到50mm，这都是非常重要的结构概念，若不熟悉造成的后果可想而知。
三、总结
属于由变形变化（温度、收缩、不均匀沉陷）引起的约占80%；属于由荷载引起的约占20%左右。前诉80%的裂缝中也包括变形变化与荷载共同作用，但还是以变形变化为主引起的裂缝为主。同时，在20%的裂缝中包括也变形变化与荷载共同作用，但以荷载为主所引导的裂缝为主[3]。因此对待裂缝的控制还是要以概念构造措施为主，计算控制为辅。
参考文献:
[1] 郁彦. 高层建筑结构概念设计[M] .北京.中国铁道出版社.1999:54
[2]建设部.混凝土结构设计规范GB 50010-2010[S].北京.中国建筑工业出版社.2015:101
[3] 王铁梦. 工程结构裂缝控制[M] .北京.中国建筑工业出版社.1997:6
论文作者:龙发
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/21
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 荷载论文; 结构论文; 地下室论文; 钢筋论文; 建筑论文; 《防护工程》2018年第10期论文;