浅谈结构设计中对钢筋混凝土结构裂缝的控制
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【摘要】:钢筋混凝土因为其材料的特性原因，和在不当施工，设计不完善的原因，出现裂缝也是很常见的现象，尤其近几年，随着建筑物的不断发展，混凝土裂缝也经常引起业主的不满，本文从设计方面分析混凝土裂缝产生的原因,并针对其控制提出相关意见,以便在使用过程中减少裂缝的产生。
【关键词】:混凝土裂缝,控制 , 材料, 设计,结构
【 abstract 】 : reinforced concrete because its material characteristics of reason, and not in the construction, the design is not perfect, the reasons of the crack is also very common, especially in recent years, along with the continuous development of buildings, concrete crack also often cause owner complaints, this paper analyzes the design of concrete crack reasons, and for its control puts forward relevant opinions, so that in use process to reduce the creation of cracks.
【 key words 】 : concrete crack, control, material, design, structure
中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：
1·1温度应力
混凝土在外界温度变化的作用下会产生热胀冷缩,其线膨胀系数为αc=1×10-5/℃,即每10℃温差引起应变ε=1×10-4,以常用的C30混凝土为例,则可引起σ=ε·E=3·0 N/mm2的温度应力,而C30的抗拉强度标准值仅为2·01 N/mm2,因此温差越大就会导致裂缝的增大。随着混凝土强度的增大,水泥用量的增多,在高热情况下凝固的混凝土,必然在冷却收缩后,在现浇结构中产生约束应变,引起约束拉应力而导致混凝土裂缝。
1·2结构设计中考虑不全或疏忽
1·2·1基础不均匀沉降
由于结构基础的不均匀沉降,导致结构某些部位出现拉裂缝,特别在某些采用两种或多种基础形式的结构中更易出现此种情况。
1·2·2不当或过于复杂的结构形式
过于追求立面效果,平面布局凹凸较多,结构体型突变,刚度突变等,容易造成转角突出的地方由于应力的集中形成薄弱部位,再加上混凝土自有特性,更易出现拉裂缝。
1·2·3铺设管道产生的裂缝
一般结构的楼面及屋面板厚为100 mm左右,但是由于电气,水暖等专业将照明、通讯网络等所需线管直接敷设于现浇板中,并且有时在一处集中交叉甚至多层交叉,削弱了现浇板实际厚度,导致了板上裂缝的产生。
1·2·4荷载设计中考虑不全
由于在计算荷载的时候未考虑周全,漏算荷载,导致实际施工和使用时荷载大于荷载设计值,从而产生裂缝。
1·2·5钢筋代换时仅考虑强度代换
由于客观条件所限,有时业主要求用高强度钢筋对已设计完成的工程所使用的钢筋进行代换,此时,设计人员有可能仅进行强度代换,而疏忽了实际面积的代换。
1·3施工不当
混凝土水灰比过大;浇捣不密实或过振;支模不严格,导致截面过小,漏浆;混凝土养护不够;施工措施不当导致施工荷载过大,赶工期,不待混凝土达到强度就进行下步施工等等,都可造成混凝土裂缝的产生,甚至出现垮塌事件。
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
2·1一般裂缝控制
2·1·1裂缝验算
混凝土结构应该按照《混凝土结构设计规范》(GB5001-2002)的规定,根据荷载效应来进行裂缝宽度的验算,对于不符合的应该及时调整。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。
2·1·2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
2·1·3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。
2·1·4配筋时对钢筋的选择
根据《混凝土结构设计规范》、(GB50010-2002)8·1·2Wmax=αcrσskEs(1·9c+0·08deqρte)可以看出,钢筋面积与裂缝宽度的关系,因此在其他条件不变的情况下,酌情选用细直径钢筋对于裂缝控制是有利的,也是控制裂缝宽度的很实用的方法之一。
2·1·5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。
2·2具体结构构件裂缝控制
2·2·1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3·4·1条规定了一般基础的环境类别为二a或者二b类,第3·4·2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。地下室外墙迎水面的混凝土保护层厚度应按《混凝土结构设计规范》第9·2·1条规定最小厚度为20 mm,而不应该人为的加厚保护层。若坚持要加大保护层厚度,大于50 mm的时候,应按照《混凝土结构设计规范》第9·2·4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。
2·2·2梁、柱的裂缝控制
控制保护层厚度,当梁柱的保护层厚度超过50 mm时,按照《钢筋混凝土结构规范》9·2·4,应对保护层采取有效的防裂构造措施,或者按扩大的柱截面配置纵向钢筋和箍筋。当梁高≥450 mm时,因为梁截面的增大,有可能在梁侧产生垂直于梁轴线的收缩裂缝,因此应在梁侧根据最小配筋率配置纵向钢筋,按照《混凝土结构设计规范》10·2·16条,在梁的两个侧面沿高度配置纵向构造钢筋,每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于梁腹板截面面积的0·1%,且间距不宜大于200 mm。当梁需要进行疲劳验算的时候,为防止由于反复的水平力致使梁下部腹板产生裂缝,也应当按照《混凝土结构设计规范》10·2·17条之规定在梁下部1/2梁高范围的腹板内,沿两侧纵向设置构造钢筋间距100 mm~150 mm。在主次梁交接处或者有集中荷载的部分应设置附加钢筋,因为当集中荷载在梁高范围内或者梁下部传入时,集中荷载影响区下部混凝土有可能出现拉脱,且由于间接的加载导致梁的斜截面受剪承载力降低。附加横向钢筋宜优先选用箍筋,对于防止梁侧斜裂缝效果较好。
2·2·3板的裂缝控制
由于楼(屋)面板的边界约束条件较复杂,且混凝土收缩应力和温度应力较精确的理论计算至今未完全解决,而在实际的施工过程中,由于各种原因,无法使板处于设计时的理想状态,因此在工程设计实践中,只能从设计概念和构造措施上对其进行控制,实践表明,采取适当的措施后,现浇楼板的裂缝是可以得到一定的控制的。由于混凝土收缩和温度变化是引起裂缝的主要原因,因此设置温度收缩钢筋有利于减少这类裂缝。因为板中已配的受力钢筋和分布钢筋也可以抵抗温度和收缩产生的拉应力,所以温度钢筋应主要在未配置钢筋的部位和配筋数量不足的部位沿温度、收缩应力的主要受力方向布置温度收缩钢筋。但是由于无法精确的对这两种作用产生的应力进行计算。因此应按照《混凝土结构设计规范》第10·1·9条规定的原则和最低数量进行配置。楼板有凹口时,在此处由于应力的集中,极易出现裂缝,应当与其他专业沟通调整;当建筑平面有不可避免的凹口时,凹口内侧的楼板应适当的加厚并加强配筋,使其能抵抗住在此集中的温度应力和混凝土收缩应力。而由于异形楼板的受力不十分明确,因此,建议加设小梁分割成较规则的形状,以便于计算分析以及对裂缝的控制。
3结束语
针对钢筋混凝土结构中的非结构性裂缝,虽然混凝土内应力的理论计算并未完全解决,但是多从设计理念入手,有针对性地设置构造措施,是有明显的效果的。要彻底清除钢筋混凝土结构中的裂缝现象,还需要进一步的积极探索,设计人员更要不断的提高自身素质,采用更为科学的防治措施,控制裂缝。
参考文献
[1]《混凝土结构耐久性设计与施工指南》,中国建筑工业出版社.
[2] 胡允棒,《钢筋混凝土结构裂缝分析及控制》.
[3]《钢筋混凝土裂缝控制指南》,化学工业出版社.
[4]《混凝土结构设计规范》,中国建筑工业出版社.
[5]《建筑地基基础设计规范》,中国建筑工业出版社.
[6]《建筑结构荷载规范》(2006版),中国建筑工业出版社.
[7]胡允棒,《现浇钢筋混凝土楼板裂缝控制措施探讨》.