7控制混凝土結構裂縫的設計措施 7.1一般規定 7．1．1混凝土結構裂縫分為受力裂縫和間接裂縫。受力裂縫雖數量不多但反映了結構承載受力情況并對其正常使用(觀感、滲漏等)以及耐久性造成影 響，因此必須加以控制 。受力裂縫的控制分為三個等級，取決于結構類型和環境類別等。在《混凝土結構設計規范》(GB50010—2002)(以下簡稱“設計規范”)的第3．3 節中有專門規 定；而裂縫控制驗算則在第8．1節中作出規定。設計時應進行相應的計算并滿足規范的有關規定。 7．1．2由于溫度、收縮、沉降等非荷載作用會在超靜定混凝土結構中引起約束應力(或應變)。在體型較大的混凝土結構中，這種約束應力(或應變)的 積累可能導致間接裂縫 。因此用預先設置的結構縫將混凝土結構分割為體型相對較小的若干區域，可以有效地控制這類裂縫。在“設計規范”的第9．1節中，根據我國多年的工程實踐經 驗 ，作出了混凝土結構伸縮縫最大間距的規定。但是，這種規定是以“宜”的形式給出的，即允許設計者根據具體情況予以調整。在規范的相應條款中給出了在不利情 況下減小間距的條件，以及在有利情況下采取可靠措施后允許增大間距的條件。由于間距對混凝土結構裂縫形成的影響目前還很難進行定量計算，因此只能以定性 的、構造措施 的形式給出。 7．1．3近年我國的工程實踐證明，在混凝土結構設計時預先考慮設置后澆帶是控制間接裂縫的有效措施?；炷恋氖湛s是引起早期裂縫的最重要原因之 一，而收縮的趨勢是 先快后慢，漸趨緩和。因此在澆筑混凝土時，用臨時設置的后澆帶將其分割為長度不超過30m的相對獨立部分，待2個月以后早期收縮已基本完成時，再用后澆混 凝土將其填補而 形成整體。后澆帶寬度一般700—1000mm，鋼筋可以不問斷地通過，也可以在以后連接或部分連接，當然采用膨脹混凝土效果更佳。 應該說明，后澆帶屬于臨時性的設縫，并不能代替永久性的伸縮縫。可以適當增大伸縮縫的間距，但本身并不能作為伸縮縫而任意改變、擴大其間距。 7．1．4與現澆混凝土結構形成的強固約束相比，已經基本完成收縮的預制構件中約束應力(或應變)要小得多，特別是預應力預制構件中混凝土受到預壓 應力的作用，裂縫控 制性能大大提高，因此預制混凝土構件中很少出現裂縫。但是，由預制構件形成裝配式結構的連接質量對其受力性能及裂縫控制能力有很大的影響。 我國傳統的裝配式結構多為簡單的拼裝，構件之間的連接及拼縫處理不當，影響結構的整體性(抗震性能)，并且往往在拼接處形成拼接裂縫。經近年的科研 試驗及工程實踐 ，提出了一系列配套的構造措施以加強預制構件之間以及構件與支承結構連接處的傳力性能以增強其整體性；同時控制拼接處的裂縫，形成裝配整體式結構或半預制 半現澆的疊 合式結構。這兩種結構形式的整體性以及裂縫控制性能顯著改善，成為控制混凝土結構裂縫的有效途徑。 裝配整體式結構的具體做法可參考國家標準圖集《建筑物抗震構造詳圖》(03G329)以及《預應力混凝土圓孑L板》(03SG435—1．2)的有關規定；疊合結構設計在《混凝 土結構設計規范》第10．6節中也有介紹，設計人員可在設計時參考。 7．1．5混凝土結構中的裂縫是由各種因素綜合作用形成的，通過工程實踐經驗總結及對裂縫現象的調查分析，在結構某些部位或在某些條件下最容易發生裂縫，因此應該作 為重點防范的對象，在設計時應提前考慮采取相應的防裂構造措施?，F分別介紹如下。 (1)有些混凝土構件由于與相鄰構件剛度的比相對較大，在計算簡圖上簡化為簡支支座或自由邊界。但是理想的支承條件并不存在：即使簡支支座也可能因 某種程度的嵌固而 實際上存在約束彎矩；即使自由邊界，在變形位移較大時仍可能受到約束而引起次內力。在這些部位，不能嚴格按照設計計算的內力配筋，而應根據受力的情況適當 配筋以抵抗 這些由約束引起的次內力。 (2)混凝土結構體型不規則也可能引起裂縫。如長條形結構中間的蜂腰部位；結構凹角部位曲率半徑過小而應力集中，均可能導致裂縫。此時應盡量改變結構體型以避免應力 集中，或在易開裂的部位增加構造配筋以控制裂縫的開展。 (3)大體積混凝土在凝固時釋放大量水化熱，難以在短時間內散失，而表面混凝土卻因冷卻凝固而收縮，因此容易導致裂縫。設計時應考慮采取措施減小溫差或加強配筋，避 免溫度裂縫發生。 (4)采用泵送、免振等方法施工的現澆混凝土結構，由于混凝土的收縮相對很大，特別容易發生裂縫。除采取施工方面的措施以外，設計時應考慮多配構造鋼筋，以控制裂縫 。 (5)地質情況復雜或結構荷載分布不均衡，則不均勻沉降可能導致基礎及上部結構的混凝土裂縫。此時，設計應考慮設詈沉降縫將結構斷開，或多配鋼筋加強基礎剛度，減小 不均勻沉降以控制和避免裂縫。 (6)對于跨季節施工的混凝土結構，尤其是經歷干燥、寒冷、曝曬、蒸發量大、溫差顯著等氣候條件時，設計應考慮配置必要的構造鋼筋或要求施工方面及時封閉已澆筑的混 凝土結構區域，避免已澆筑的混凝土開裂。 (7)混凝土施工接槎、預制構件拼接、混凝土結構與其他結構的交界處，這些部位都是極容易發生裂縫的薄弱環節。設計時應采取必要的構造措施來消除或掩蓋這些裂縫。 7.2板的裂縫控制 7．2．1試驗研究與工程實踐均表明，板中鋼筋的間距與其裂縫形態有關。在相同的配筋率和承載力條件下，直徑小(細)而間距不大(密)的配筋方式可 以改善裂縫的分布形態 。細而密的裂縫形態對控制裂縫寬度有利。設計規范規定了在板厚不同時板中配筋間距的規定，強調了控制配筋間距的重要性。 7．2．2簡支板在支座處理論上彎矩為零。但實際上理想的簡支并不存在，總是有一定程度的嵌固作用，從而引起負彎矩。為避免簡支板在支座邊的負彎矩 裂縫，在板面適當 配置負彎矩鋼筋是必要的。支座嵌固的現澆混凝土板，其板面的負彎矩鋼筋應向跨內延伸，延伸長度應能覆蓋負彎矩區域并滿足錨固長度后才能切斷。板底的正彎矩 鋼筋宜全部 伸人支座錨固。除受力鋼筋以外，還應配置與之垂直的橫向構造分布鋼筋，以符合設計規范的相應要求。 7．2．3連續板在支座處承受負彎矩，板底鋼筋按理并不承受拉力。但在溫度一收縮應力較大的區域，此鋼筋仍有可能受拉，故應加強錨固，伸人支座的錨固長度在原5d的情 況下再適當增加，在此加以強調。 7．2．4在現澆混凝土板與主梁交界處，從計算簡圖上并無支承傳力關系，板的受力鋼筋與梁平行。但現澆一體的混凝土梁實際上對板具有嵌固約束作用，因而形成負彎矩， 往往會在卞梁側邊板上形成負彎矩裂縫，因此必須配置適當的板面負彎矩鋼筋。 7．2．5與周邊支承一體現澆的混凝土板，由于支座嵌固作用而引起的負彎矩，特別容易沿周邊發生板面裂縫。因此應沿此約束邊緣配置必要的負彎矩鋼筋(上部構造鋼筋)。 7．2．6嵌固在砌體墻內的現澆混凝土板，計算簡圖往往算作簡支，但實際為彈性嵌固，具有一定的負彎矩，只是無法實際計算。因此只能采用加強板面構 造配筋的措施，防 止可能出現的板面負彎矩裂縫。山于砌體對混凝土板的約束作用相對較小，故該鋼筋伸人板內的延伸長度相對較小。在兩邊嵌固的板角部位，約束作用較為明顯，因 此應配置雙 向的上部構造鋼筋，且有較長的延伸長度，如不能滿足要求往往引起板角部分的斜向裂縫。 7．2．7現澆混凝土板的板角部位往往出現45’斜向裂縫，可配置上部構造鋼筋加以控制。鋼筋可以在兩個互相垂直的方向布置；也可以配置垂直于斜向裂縫方向的 45’斜向構造鋼筋，按投影方向計算鋼筋面積。 當柱角或墻的陽角突出到板角部位且尺寸較大時，伸人板內鋼筋延伸長度應從柱邊或墻邊算起，且在根部滿足錨固要求。 7．2．8在板的配筋中除受力鋼筋需要通過設計計算確定外，分布鋼筋對于形成混凝土板的整體受力、消解溫度一收縮應力、控制裂縫形態都起到了積極作用。因此對起構造 作用的分布鋼筋強調提出了相應的構造要求。 7．2．9對由于溫度一收縮作用而容易發生裂縫的現澆混凝土板，可以采用在周邊支承構件頂部設置控制縫的方法來減少板內約束應力(應變)的積聚。具 體措施是：沿板邊梁 、墻軸線處在澆筑混凝土后插入鐵片或塑料片、木條(混凝土初凝后撤去)，形成薄弱部位，引導裂縫在此開展，以控制板中間接裂縫的發生。沿梁、墻頂部的裂縫 并不影響結構 的承載受力及外觀，并可在澆筑混凝土后加以掩蓋。 7．2．10近年來現澆混凝土板的裂縫問題比較嚴重，原因就是溫度一收縮引起約束應力導致的間接裂縫。在板內增加配筋可以緩解這類裂縫。此類溫度一 收縮鋼筋宜布置在 混凝土表面，對于未配受力鋼筋的素混凝土表面配置這類鋼筋對于控制裂縫特別有效。沿表面兩向的配筋率并不高，為0．1％，但間距宜較小 (150～200mm)。因為密集配筋對于 改變裂縫形態，控制裂縫寬度可起到明顯作用。工程實踐表明，這種做法是有效的。 對于屋面板等部位，溫度引起的約束應力更為明顯。因此，此類配筋的量還應適當增加，以控制裂縫的出現。 7．2．11基礎筏板當厚度大于2m時屬于大體積混凝土，往往由于水化熱積聚而產生裂縫。在板中沿厚度方向以一定間隔配置鋼筋網片以后，可以減小溫度收縮引起約束應力 的影響，也有利于提高板的抗剪承載力。 7．2．12懸臂構件的根部容易產生負彎矩裂縫。由于裂縫開口向上，在不利的環境條件下容易發生滲水、凍融而引起鋼筋銹蝕，從而導致承載力受損。我 國陽臺、雨罩、檐 口等混凝土板曾因裂縫而導致耐久性問題，最后發生惡性事故(折斷、墜落等)。因此從設計的角度而言，處于露天條件下的懸臂構件不宜設計成板式構件，而宜采 用挑梁作為承 載受力的構件形式。 7.3梁、柱的裂縫控制 7．3．1固端梁在支座處往往有較大的負彎矩配筋，隨著彎矩包絡圖的變化，這些梁頂的負彎矩鋼筋可以逐根切斷，但仍應伸出必要的延伸長度。我國傳統 的負彎矩鋼筋切斷 后的延伸長度不足，對結構的承載受力不利。由于斜彎裂縫以及沿縱筋發生的銷柱剪切裂縫，受力鋼筋的錨固受力被削弱。因此，對于剪力較大 (V＞0．7bhoft)且切斷點仍在負 彎矩內時，須增加延伸長度以保證構件應有的抗力。修訂后的設計規范作出了具體規定，但往往被忽略。在此強調，以引起設計人員的注意。 7．3．2鋼筋混凝土懸臂梁是容易出現裂縫并且導致安全事故的構件。原因是其承受負彎矩，裂縫開口向上，容易遭受水浸、凍融及腐蝕性介質的影響。同 時懸臂根部具有最 大的彎矩和剪力，并且由于沒有多余約束，一旦喪失約束聯系，即可能發生折斷、倒塌等嚴重后果。此外，試驗研究表明，懸臂梁上表面如在梁面切斷負彎矩鋼筋， 極易發生斜 彎裂縫而導致斜拉破壞。故對懸臂梁中的配筋，必須保留不少于二根伸到懸臂端部彎折錨固；其他鋼筋也不能在梁上部切斷，必須向下彎折到梁下部受壓區錨固。 7．3．3在梁與支承部分剛度相差較大時，往往按簡支計算。但實際梁端仍受到部分約束，因此實際存在著負彎矩，并可能引起梁頂的裂縫。應在支座上部設置相應的構造鋼 筋，并對配筋數量、伸出長度等作出了具體規定。 7．3．4近年來梁的截面高度加大，梁的長度也增加，加上混凝土收縮，往往在梁的側面出現收縮裂縫。裂縫垂直于梁的軸線，呈棗核狀，中間寬而兩端細，中止于梁頂板底 及梁下配筋區域。因此，為避免此類收縮裂縫，應在梁側以間距不大于200mm配置水平構造鋼筋(腰筋)。 7．3．5當梁、柱中由于鋼筋直徑過大或鋼筋配置方式而形成混凝土保護層過大、超過40mm時，裂縫寬度不易滿足要求，且過厚的混凝土保護層開裂剝 落時容易發生事故，故 應在此配筋予以拉結。最通常的辦法是在保護層中配置細直徑鋼筋網片或采取其他配筋方式，避免因混凝土厚度過大而不受鋼筋約束。 在梁的受拉鋼筋部位的混凝土保護層中加配構造鋼筋網片，可干預裂縫的形成，改變裂縫間距及裂縫的形態(細而密)，從而控制裂縫寬度。構造鋼筋網片宜采用細而密的鋼 筋，可以起到遏制裂縫的作用。 7.4墻的裂縫控制 7．4．1剪力墻盡管從受力上看主要承受壓力和剪力，但因墻體較薄，配筋不多，仍可能出現裂縫。加之近年混凝土收縮加大，溫度變化以及施工等各種因 素的影響，墻體裂 縫時有發生。為此，提出了墻體內水平和豎向分布鋼筋配筋率(0．2％)的要求，以及最低限度配筋(直徑8mm，間距300mm)的要求。對于結構受力的重 要部位以及溫度一收縮應力 較大的部位，這種構造配筋的配筋率還要適當提高。 7．4．2地下室的混凝土縱墻長度較大，由于混凝土收縮等原因引起的豎向裂縫比較容易發生，往往影響觀感和使用功能(滲漏)。因此，除受力鋼筋以外，地下室的混凝土墻 體中宜適當增加水平構造鋼筋，以控制墻體開裂，遏制豎向裂縫的形成。 7．4．3從受力的角度和控制混凝土裂縫的要求，混凝土墻體的配筋宜采用雙排布置的形式。雙排鋼筋網之間應該用拉結筋互相連系以維持其形狀及位置。由于墻內配筋及位 置對于其受力性能及裂縫控制的重大影響，在此強調以加大執行力度。 7．4．4～7．4．5在混凝土墻體上開洞時，由于截面受到削弱，應力傳遞在此不連續，加上洞口角部容易應力集中等因素的影響，往往發生裂縫。因 此，圍繞剪力墻洞口的 連梁水平配筋、配箍以及洞邊的豎向配筋等均應滿足一定的構造要求。在此強調，洞邊鋼筋不得沿洞口彎折而必須延伸到墻內錨固，否則容易在洞口角部形成裂縫。 7．5裝配式結構的拼縫和接頭 7．5．1考慮傳遞內力的裝配整體式結構，受力鋼筋應采取相應的連接形式以能夠傳遞應力，而混凝土則依靠在接頭處澆筑的混凝土連成一體。為保證接頭 處混凝土的連接質 量，接頭寬度不宜過小以方便澆筑混凝土的操作；灌筑接頭宜采用細石混凝土；當考慮接頭傳力時，強度等級不宜低于C30；不考慮傳力時，不應低于C20。拼 縫和接頭宜采用膨 脹混凝土灌筑，且應加強養護，避免接頭處的裂縫。 7．5．2我國傳統的裝配式樓板僅將預制板作簡單的拼裝，整體性很差且拼接處容易出現錯臺及拼接裂縫。經近年的科研試驗及工程實踐，裝配整體式樓板 的整體性大大改善 ，詳見國家標準圖集《建筑物抗震構造詳圖》(03G329)及《預應力混凝土圓孔板》(03SG435—1～2)。本條介紹控制裝配整體式樓板裂縫的構造 措施：預制板側邊淘汰了斜 平邊和單齒邊而采用雙齒邊的形式；適當加寬板側的拼縫并及時灌筑具有一定強度的細石混凝土(最好是膨脹混凝土)；在拼縫中適當配置鋼筋等。這些措施都能有 效地提高樓板 結構的整體抗震性能且能控制板側的拼接裂縫。 7．5．3為了加強預制裝配式樓板的整體性，避免在支座處出現由于約束而形成的板面裂縫。預制板端伸出的錨固鋼筋應互相連接并與支承結構的鋼筋連 接，板端灌縫混凝土 宜與支承結構(例如圈梁)一體澆筑。這種稱為“硬架支?！钡倪B接方式大大增加了樓板的整體性及抗震性能，但支座固結容易引起預制板端的負彎矩支座邊的板面 裂 縫。為此，在支座邊一定范圍內，在板上部的后澆地面找平層內配置細直徑鋼筋網片有利于控制這種裂縫的發生。 7．5．4在屋頂及其他容易遭受溫度變化影響的部位，往往發生?昆凝土的溫度裂縫。并且這類裂縫隨著季節變化反復重現，很難用其他方法徹底根治。應 采取加強保溫隔熱 的措施，將外界氣溫變化與預制混凝土屋面板之間隔絕開來，才能消除溫度變形和裂縫。為此，設計時應進行熱工計算，屋面保溫隔熱層能夠滿足建筑節能標準的要 求，同時控 制屋頂1昆凝土屋面板的表面溫度，防止溫度裂縫。 7．5．5對于跨度較大、抗震性能要求較高的樓蓋，可以利用預制板作為底板，在上面澆筑厚度不小于50mm的混凝土并在后澆疊合層中配置負彎矩鋼 筋，形成疊合樓蓋，以加 強樓頂的整體性及裂縫控制性能。但預制板面應有凹凸差不小于4mm的人工粗糙面，且宜在板面留有伸人后澆疊合層混凝土的構造鋼筋，以加強受力的整體性及裂 縫控制性能。 裝配式結構同樣有結構縫的問題。在設置結構縫的部位，應避免出現影響觀感和使用功能的缺陷。為此，應配合建筑設計，采取有效的構造措施，防止沿結構縫發生浸水、 滲漏，或采用必要的建筑處理手法加以掩飾。   更多行業信息 新型砂漿網：http://www.www.azcospm.cn/ 保溫工程網：http://www.bwgcw.com/ |
