钢筋混凝土结构设计中的裂缝控制

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摘要：钢筋混凝土结构在目前的工业与民用建筑中占有重要的地位。但由于混凝土这种材料的特性,设计不当以及施工中某些措施的不当,产生裂缝也相当普遍,特别是最近几年,日益增加的混凝土裂缝已引起诸多业主和用户的不满及投诉。

关键词：裂缝控制；存在问题；防治措施

中图分类号： TU973+.254 文献标识码： A 文章编号：

引言

钢筋混凝土结构会出现裂缝的现象已经被大量的科学研究和实践证明是不可避免的,但事实上,我们可以把这些裂缝所造成的危害程度控制在一定的范围内,这就要求我们要对裂缝产生的原因、种类、危害以及应采取怎样的有效措施以应对等等问题有相当的了解。

一、裂缝对钢筋混凝土结构造成的危害

1、钢筋混凝土结构受力重新分配：钢筋混凝土结构正常使用时，钢筋抵抗拉力，混凝土则抵抗压力，当钢筋混凝土结构开裂之后，裂缝处的钢筋与混凝土锚固失效，钢筋的应力变化极大，混凝土由整体变为破碎的各部分，上部混凝土受压区高度相对变小，压应力也急剧增长。

2、钢筋混凝土结构的抗剪能力下降：当钢筋混凝土结构开裂之后，混凝土由一个整体被分为各支离破碎的部分，混凝土的各个截面不再完整，使得起到抗剪作用的净截面面积减小，整体的抗剪能力大幅度下降。

3、钢筋混凝土结构的刚度减小：钢筋混凝土结构开裂比较严重时，裂缝截面处的中性轴上移，结构的变形加大，刚度减小，整体挠度随着裂缝的发展而激增。

4、钢筋混凝土结构的疲劳度下降：裂缝的出现不但降低了结构的整体刚度，还使得钢筋及混凝土长时间处于高应力拉压状态，降低了它们的疲劳寿命，从而降低了整体结构的疲劳度。

5、钢筋混凝土结构的强度降低：裂缝的出现致使结构中的钢筋外露，空气及水分中有腐蚀作用的成分侵入混凝土内部，引起钢筋锈蚀及混凝土质变，导致整个结构强度逐渐降低，强度的降低又会加大裂缝的扩展，最终造成结构的受力性能进一步恶化，钢筋混凝土结构的耐久性及使用性能严重下降。

二、裂缝产生的直接原因

1、收缩及水化热。自从70年代末(1978～1979年)我国混凝土施工工艺产生了巨大的进步—泵送商品混凝土工艺。从过去的干硬性，低流动性，现场搅拌混凝土转向集中搅拌，大流动性泵送浇筑，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒径减小，用水量增加等导致收缩及水化热增加。

2、混凝土强度等级日趋提高。建筑结构混凝土强度等级日趋提高，但有许多结构不适当的选择了过高的强度等级。习惯上认为:“强度等级越高安全度越大”。有时为了施工方便，采用高强混凝土。这导致了水泥标号加大或用量增加、用水量增加、骨料粒径偏小、砂率偏大等，这些都使水化热及收缩率增加。

3、结构约束应力不断增大。结构规模日趋增大，结构形式日趋复杂，超长超厚及超静定结构成为经常采用的结构形式，采用现浇施工，这些非正常结构形式有明显的约束作用，对于各种变形必然引起较大的约束应力。

4、外加剂的负作用。只注重外加剂对强度指标的影响，缺乏对水化热及收缩变形影响的研究，有些试验资料并不严格，有许多外加剂会产生严重的收缩变形增加，有的甚至降低耐久性。

5、忽略结构约束。国内外结构设计中都经常忽略构造钢筋的重要性，因而经常出现构造性裂缝。结构设计中经常忽略结构约束性质，不善于利用“抗与放”的设计原则，缺乏相应的设计施工规范、规程。

6、养护方法不当。目前在混凝土施工中采用的养护方法基本沿用过去简易的方法，这种方法已远不适应泵送混凝土及大体积混凝土的温度收缩变形对养护条件的要求。

7、混凝土抗拉强度不足。缺乏对混凝土配合比的科学研究导致的抗拉强度不足。

三、设计中对钢筋混凝土结构裂缝的控制

由于裂缝的产生,不但会影响外观效果,更有可能导致构件内部钢筋的锈蚀,影响使用耐久性和安全性。而结构设计作为工程的重要环节,在设计的过程中就应该注意对裂缝的控制。

1、一般裂缝控制

（1）裂缝验算

混凝土结构应该按照《混凝土结构设计规范》(GB5001-2010)的规定,根据荷载效应来进行裂缝宽度的验算,对于不符合的应及时调整。在设计时就应重视裂缝问题,构件设计时,不能仅考虑强度问题,在没有确切把握的情况下,对所有的梁板均应进行裂缝宽度验算,尤其是当梁配筋率小于1%的时候,更应该引起重视。

（2）分割措施

对于较长的建筑结构,在设计时可以考虑采取分割措施将建筑物分成若干的结构单元。这样就能减小结构构件内部各种作用(例如温差、混凝土收缩、基础不均匀沉降等)产生的拉应力。并且对于处于不利条件下(抗震不利地段、软弱地基上)的建筑物更应严格按设计规范要求合理布局结构单元。

合理设置后浇带,可以适当的增大伸缩缝的间距,但是后浇带仍不能代替伸缩缝,在建筑物过长时,仍然需要按规范要求设置伸缩缝。后浇带内的钢筋一般情况下不截断,但是如果是为解决高层建筑与其裙房之间的沉降而设置的后浇带,内部的钢筋宜截断并采用搭接连接方式,待相邻两侧结构满足了设计允许沉降差异后,方可进行浇筑。

（3）设计时考虑周全

设计时充分考虑偶然作用和非设计工况所引起的效应,并在相关部分采取合理的控制裂缝的构造措施。例如:按简支设计的时候,实际上端部仍然受到一定的嵌固约束;按自由端考虑,但在荷载较大使构件发生位移,变形加大后,可能起到约束作用的部分;平面凹凸、立面刚度变化突变的部位,容易引起应力集中的部位;房屋两端的阳角处以及山墙处的楼板,屋面板;现浇结构中与周围梁柱整体浇筑的楼板;大体积混凝土等等。

（4）改善混凝土性能

在条件允许的情况下,改善混凝土的自身性能。在混凝土中渗入UEA、HEA等微膨胀剂、钢纤维等抗裂剂,可以有效地防止混凝土构件的开裂。

（5）设计交底完善

由于我国国情所限,施工单位素质参差不齐,设计人员在进行施工技术交底时,应特别强调养护是防止混凝土产生裂缝的重要因素,应当充分重视,并根据当地情况制定适宜的养护方案。且应强调在施工过程中,不得随意堆载等。

2、具体结构构件裂缝控制

（1）基础裂缝控制

基础的混凝土强度等级宜按《混凝土结构设计规范》采用；第3.5.2条规定了一般基础的环境类别为二b类,第3.5.3条规定了最低混凝土强度等级:二a类为C25,二b类为C30。保证基础的最小配筋率,根据基础形式的不同,按照相应的规范要求。但任何基础的受力钢筋都不小于A10@200,分布钢筋不小于A8@200。

《混凝土结构设计规范》第9.1.9条规定:当板厚大于2m时,除在板的顶面、底面布置纵横钢筋以外,尚宜在板厚方向设置与板面平行的构造钢筋网片,间距不超过1m,直径不小于12mm,纵横方向的钢筋间距不大于200mm。这样做不仅可以减少大体积混凝土温度收缩产生的应力影响,同时也有利于提高构件的抗剪承载力。

地下室外墙的混凝土保护层厚度若大于50mm的时候,应按照《混凝土结构设计规范》第8.2.3条的规定,对保护层应采取有效的防裂构造措施。通常是在混凝土保护层中离构件表面一定距离处全面增配由细钢筋制成的钢筋网片。