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1、小議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中裂縫及其控制要點【摘要】筆者通過實踐經(jīng)驗結(jié)合相關(guān)資料，從結(jié)構(gòu)設(shè)計者的角度對裂縫控制進(jìn)行了探討,考慮了建筑平面縱向長度過長、鋼筋直徑的選用、地基不均勻沉降、過長的窗臺墻和電氣線路的敷設(shè)等情況裂縫的控制,并結(jié)合工程實例進(jìn)行說明。 【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；鋼筋混凝土；裂縫；控制在工程設(shè)計中,大部分工程設(shè)計人員對待裂縫的態(tài)度是:一方面設(shè)計規(guī)范對裂縫有明確規(guī)定,即用裂縫計算公式計算出裂縫,只要滿足允許寬度限值即可;另一方面對于變形引起的裂縫沒有計算規(guī)定,所以只要規(guī)范每隔一定距離留一條伸縮縫,不管荷載差別大小,只要留出變形縫(伸縮縫或沉降縫)就認(rèn)為問題不復(fù)存在了,即留縫就不裂的設(shè)計原則。大量2、的工程實踐證明,計算滿足或者按規(guī)范設(shè)縫并不是決定結(jié)構(gòu)變形開裂與否的條件,計算雖然滿足但并不一定在工程實踐中完全滿足,是否開裂還與許多設(shè)計因素有關(guān)。1 對裂縫新的認(rèn)識雖然現(xiàn)代儀器如實體顯微鏡、超聲儀器、滲流觀察儀對裂縫的觀察有所進(jìn)步,但對其真實的受力機(jī)理仍未搞清,學(xué)術(shù)上用各種模型模擬裂縫,但對于混凝土這種多性材料沒有一種方法是足夠精確的,國家規(guī)范中理論和試驗結(jié)合并用概率統(tǒng)計的方法,得出其出現(xiàn)的概率,具有一定的近似性,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要正確認(rèn)識裂縫的存在性,控制其有害程度。裂縫形成是不規(guī)則的,正常使用中的裂縫是非貫通的微裂縫,只有在受力較大的薄弱環(huán)節(jié),微裂的拉力作用就會貫穿全截面而斷裂。肉眼可見的裂3、縫范圍一般以0. 05mm為界。大于等于0. 05mm的裂縫就是宏觀裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002)中最嚴(yán)格的裂縫是0. 2mm。可以認(rèn)為混凝土有裂縫是絕對的,無裂縫是相對的,研究認(rèn)為:裂縫的擴(kuò)展程度就是材料破損程度的標(biāo)志,同時,裂縫的存在也是材料本身固有的一種物理性質(zhì)。如果嚴(yán)格要求構(gòu)件不出現(xiàn)裂縫,那就需要采用預(yù)應(yīng)力,使構(gòu)件預(yù)壓力壓至全部荷載作用下不出現(xiàn)拉應(yīng)力,須付出較大的代價才能獲得,這樣又給構(gòu)件帶來了一個缺陷,從形成裂縫初期到構(gòu)件破環(huán)的荷載增加余地不大,破壞前兆小,形成了脆性破壞。在防水要求情況下,并非不允許出現(xiàn)裂縫,因為裂縫具有一定的自愈能力,比如在地下室外墻的裂縫處4、經(jīng)常附有白色的沉淀物,當(dāng)裂縫形成時,有水滲流時,會和混凝土中的石灰礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),形成碳酸鈣的覆蓋層。但這種自愈的能力對裂縫的寬度有要求,裂縫如果超過0. 2mm,水頭就會沖刷裂縫,使得裂縫變寬,所以防滲要求的裂縫需要更加嚴(yán)格的規(guī)定。2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計裂縫控制措施2.1 建筑平面縱向長度過長的裂縫控制措施當(dāng)房屋縱向長度過長時,在板面薄弱部位處將產(chǎn)生垂直房屋縱向長度的通長裂縫;當(dāng)建筑平面形狀復(fù)雜時也往往由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫。一般鋼排架縱向長度Ln與溫度伸縮縫n之間的關(guān)系為:n=TLn混凝土中n的計算在上式計算中需要考慮混凝土材料的原因。可見結(jié)構(gòu)溫度伸縮縫與建筑物長度成正比。結(jié)構(gòu)在約束狀態(tài)下,首先5、要求有變形的余地,如果約束阻止這種變形,使得混凝土超過抗拉強度,結(jié)構(gòu)就會開裂。但結(jié)構(gòu)設(shè)計中是該減小這種約束力還是該提高構(gòu)件的抗拉強度是應(yīng)該按結(jié)構(gòu)所處的具體時空條件加以靈活的應(yīng)用,如采用抗放相結(jié)合,以抗為主或以放為主的措施等。圖1某,裙房商業(yè)平面布置圖例如圖1中某裙房商業(yè),長度將近120m,寬度2032m,檐口距室外地面高度12. 900m,抗震設(shè)防類別為丙類,抗震設(shè)防烈度8度(0. 20g),場地類別類,結(jié)構(gòu)設(shè)計中如果嚴(yán)格按照伸縮縫最大間距來控制時,該結(jié)構(gòu)需要設(shè)置四個伸縮縫,給施工會帶來不變,所以選用抗放相結(jié)合的手段來控制裂縫。其一在縱向設(shè)置兩條施工后澆帶;其二對結(jié)構(gòu)的縱向板配筋及縱向梁腰筋予6、以加強;其三該結(jié)構(gòu)在樓梯間處樓板縱向相對薄弱,拉應(yīng)力相對集中,此部位運用板中通長縱向鋼筋的方式予以加強。該工程建成后經(jīng)觀察,并未出現(xiàn)縱向裂縫,可見采取措施的有效性。2.2 選用合適鋼筋直徑控制裂縫的措施設(shè)計中鋼筋配置方式對結(jié)構(gòu)裂縫也有一定的影響,過少或過粗的鋼筋往往會產(chǎn)生較大的裂縫。計算矩形截面bh=250mm 600mm的現(xiàn)澆混凝土梁,混凝土:C30,主筋:HRB400,混凝土保護(hù)層厚度: c=25. 0mm,按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算的彎矩值:Mk=60. 00kNm。當(dāng)受拉區(qū)縱筋根數(shù)、直徑: 3 14,受拉區(qū)縱筋實配面積:As=461. 81mm2,應(yīng)用規(guī)范公式max=crskEs(19c+7、008+deqte,求出最大裂縫寬度max=0. 2655mm。而當(dāng)受拉區(qū)縱筋根數(shù)、直徑: 4 12,受拉區(qū)縱筋實配面積:As=452. 39mm2,求最大裂縫寬度max=0. 2472mm。可見雖然配筋面積減小了,但如果用細(xì)而密的鋼筋反而裂縫變小了。所以設(shè)計人員應(yīng)重視鋼筋的配置,應(yīng)注意鋼筋的直徑和數(shù)量的選擇。2.3 地基不均勻沉降產(chǎn)生板裂縫控制的措施由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻或浸水而造成不均勻沉降,除對墻體產(chǎn)生裂縫外,板也會承受平面外方向附加彎矩和剪力,框架梁板結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計中,規(guī)范并不要求作板抗剪承載力驗算此板的抗剪能力計算,所以就沒有考慮作過多儲備以承受意外的附加內(nèi)力。地基不均勻沉降產(chǎn)生板裂縫8、多為深進(jìn)或貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關(guān),一般沿與地面垂直或呈3040角方向發(fā)展,較大的沉陷裂縫,往往有一定的錯位,裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。地基變形穩(wěn)定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。在設(shè)計中需要有意的提高框架梁的抗彎、剪能力要求(特別是抗震設(shè)防烈度較高時),或有意加強上部結(jié)構(gòu)梁、柱剛(強)度的辦法來抵御難以預(yù)估的基礎(chǔ)不均勻沉降。同時還需加強地基驗槽工作,驗槽時必須有建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計單位、勘察單位、監(jiān)理單位等五方共同參加,對于較復(fù)雜的地基,在基槽開挖后應(yīng)進(jìn)行局部詳勘,對探出的軟弱部位進(jìn)行加固處理,并辦理隱蔽工程合格驗收簽證后,方可進(jìn)行基礎(chǔ)施工。同樣因為模板剛度不足,模板支撐間距9、過大或支撐底部松動同樣會引起板裂縫,特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降,致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。2.4 窗臺墻中部豎向裂縫的控制措施醫(yī)院、學(xué)校等公共建筑的走廊上一般開有尺寸較大的窗口,如圖2中的走廊懸挑,其窗臺墻又很長,早期的工程中窗臺墻不處理,使用中發(fā)現(xiàn)有中部豎向裂縫,首層裂縫上寬下窄,二層以上的上寬下窄但比首層小。由于首層窗臺墻起著反梁作用,特別是較寬大的窗口或窗間墻承受較大的集中荷載情況下更是明顯,窗臺墻上部產(chǎn)生拉應(yīng)力,因反向變形過大而開裂.另外,地基如建在凍土層上,由于凍脹作用而在窗臺處產(chǎn)生裂縫。二層以上的墻中部開裂是由于填充墻過于長。圖2 懸調(diào)走廊建筑圖經(jīng)與建筑10、協(xié)商,結(jié)構(gòu)對圖2的平面處理,在窗間墻之間每隔3m加一個構(gòu)造柱,并在一層的窗臺墻窗口下部應(yīng)力集中處考慮設(shè)置臥梁(斷面為120mmx200mm,配筋為410,箍筋6150),以適應(yīng)窗臺反梁作用的變形;同時要求各層窗臺墻采用通長配筋砌體的方法來加強窗臺墻整體性,而且窗臺部位不宜使用過多的半磚砌筑,如圖3。2.5 電氣線路引起的裂縫結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮由于電氣專業(yè)線路設(shè)計采用暗裝方式,塑料電氣管敷設(shè)不當(dāng)就會削弱混凝土截面,會影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力;同時混凝土和PVC管的溫度線膨脹系數(shù)不一樣,往往導(dǎo)致樓板產(chǎn)生沿管線方向裂縫。當(dāng)采用暗裝方式時,預(yù)埋PVC線管走向最好平行于樓板受力方向,且應(yīng)設(shè)置在樓板上下兩層鋼筋中間,當(dāng)樓板較薄時,應(yīng)在線管外側(cè)加設(shè)鋼絲網(wǎng),并要確保保護(hù)層的厚度足夠。3 結(jié)語結(jié)構(gòu)物的裂縫雖說不可避免,但其危害程度可以控制,控制技術(shù)包括開裂前的預(yù)防與開裂后的處理。就結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來說,應(yīng)該在設(shè)計之初就應(yīng)充分考慮各種情況,提高建筑的抗裂能力,將裂縫控制在對結(jié)構(gòu)無害狀態(tài)。圖3懸調(diào)走結(jié)構(gòu)筑圖