房屋建筑结构设计中的现浇混凝土裂缝控制措施分析

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摘　要

房屋建筑结构裂缝的产生对结构的安全使用以及耐久性产生不同程度的影响，本文结合笔者多年房屋建筑结构设计实践，遵循现行规范，从结构设计的角度详细探讨了房屋建筑结构设计中的现浇混凝土结构裂缝控制措施，并从结构构造设计方面进行了具体阐述。 关键词：现浇混凝土；结构裂缝；裂缝控制；结构设计；构造设计 1引言 现浇钢筋混凝土结构在我国建筑工程中得到广泛的采用，伴随国内城市化进程的加快，工业、基础设施和商品住宅建设的飞速发展，在建筑工程中遇到的混凝土裂缝问题越来越多，由于裂缝问题产生的纠纷也不断增加，成为一直困扰工程设计人员的问题。根据大量的工程实践和对近代工程材料的微观研究，混凝土结构建筑的裂缝是不可避免的，其危害程度是可以控制的，我们可以通过各种方法，使裂缝产生的影响，满足规范和正常使用的要求。裂缝产生的原因与材料、设计、施工和温度等有关，本文主要从结构设计方面来讨论，怎样控制裂缝的发展和减小裂缝的宽度。 2现浇混凝土建筑结构设计中裂缝控制措施分析在设计的方案阶段和施工图阶段，要有控制裂缝的意识，结合工程的实际情况采取必要的裂缝控制措施。对于荷载裂缝，必须将其控制在规范规定的限值范围以内，必须采用“抗”的原则，从计算、构造上使结构具有足够的抗力，来对付各种荷载作用，除满足现行国家规范标准关于承载力的要求外，还要满足抗裂性和变形的要求。对于变形产生的裂缝，既可以采取“抗”也可以采取“放”的原则，“抗”可以对结构构件的某些部位从构造上合理的加强配筋，配筋能提高混凝土的弹性极限拉伸，有效地的约束混凝土的塑性变形。合理的加强配筋有利提高混凝土结构的抗裂性，如在梁侧增加纵向钢筋，屋面板角部和跨中上部的地方增设双向钢筋网，在砖混结构的楼面板设置圈梁，来提高结构和构件抵抗变形裂缝的能力。在混凝土板的收缩变形一定时，虽然适当的增加配筋能有效地提高混凝土的抗裂性，但随着配筋的增加，约束使收缩裂缝的数量增多；当收缩变形较大时，盲目的增加配筋将不再能保证裂缝宽度满足裂缝控制的要求，只会起到相反的作用。当采用“抗”的原则控制裂缝代价过高，或是不起作用时，应采取“放”的原则，按现行国家标准规范的规定，合理的设置伸缩缝、沉降缝和滑动层。对于变形因素影响较大的结构，采用“抗放”结合的原则，在施工时设置后浇带，在完成大部分变形后，再对后浇带进行浇筑，使结构形成整体，来抵抗尚未完成的收缩和沉降变形，具体在如下几个方面进行： 2.1混凝土结构的概念设计混凝土结构概念设计在混凝土结构裂缝控制中起着重要作用，设计的思路可通过概念设计来实现，发挥和利用结构总体体系与各基本构件之间的关系，能迅速、有效地对总体结构体系进行构思、比较和选择。结构工程师在项目中的任务就是用整体概念来设计总体结构体系。同时，基本结构构件的力学性能又在整体结构中起着重要作用，通过概念设计和创新，可获得受力明确、抗裂性能良好、造价较低的结构总体方案。 2.2设计概念概念设计可以创造一个性能良好、安全和经济的结构总体方案。设计概念，是指在施工图阶段，对工程结构计算所需的材料性能、力学知识和结构分析方面，必须有一个正确的概念，这对实现总体设计方案，确保施工图设计质量是至关重要的。 2.2.1结构电算中的设计概念现在的结构分析都借助于计算机，不论什么样的结构型式，在电算过程中，除了数据检查和计算结果的电算判断外，结构计算的程序选择和应用分析，也是非常重要的人为判断环节。程序选择是指判别程序的计算原理及适用范围是否符合实际工程设计的情况。应用分析是指判别结构周期、变形、内力和配筋的计算是否正确及满足有关设计规范的规定。这些判断均与设计概念是否正确密切相关。 2.2.2结构计算方法结构的计算模型要进行必要的简化，简化程度与计算程序有关。简化模型要尽量符合真实受力情况，包括结构构件的空间布置、荷载的分布、结构构件的刚度、形式、约束、连接、位移变形特征等，实际结构的简化模型应与软件假定的力学模型相符。 2.2.3楼面整体性及其水平刚度现在结构计算在考虑侧向荷载分配时，主要有3种方法：1）按各榀抗侧力结构的受荷面积进行分配。2）按各榀抗侧力结构的刚度单向协同工作进行分配。3）按所有抗侧力结构的刚度双向协同工作进行分配。具体采用那种方法进行计算，和结构的楼（屋）面的整体刚度有关，刚性楼（屋）面应采用3）进行计算，半刚性楼（屋）面应采用2）进行计算，柔性楼（屋）面应采用1）进行计算。楼（匿面）板是传递水平力的主要构件，程序计算中采用的简化模型，必须符合实际情况，楼面刚度的大小，应根据楼（屋）面结构板的厚度、配筋、开洞和错层情况，经过设计者用概念来判定。 2.2.4其它在结构电算过程中，还应根据具体情况，对结构计算的自振周期进行折减。对轴向变形和剪切切变形的影响，现浇楼（屋面）板对楼面梁惯性矩的系数增大，梁端弯矩调幅，柱构件的计算长度等问题的考虑，都必须建立在正确的设计概念的基础上，不可盲目套用程序或不做分析按计算结构进行设计，否则后果不堪设想，应引起设计人员的高度重视。 3房屋构造设计中的裂缝控制的具体措施长期以来，设计和构造一直是控制混凝土结构裂缝的主要措施,设计构造对混凝土结构裂缝的影响主要体现在设计、配筋和构造缝设置3个方面，在设计中要控制建筑物的凸凹尺寸和体量大小，尽量使建筑物形状规则、刚度均匀和构件连续，从而减小温度变形和应力集中。对高低相差较大和地基土层相差过大的建筑，要合理进行空间布置和设置沉降缝；在构件的特殊部位合理设置构造钢筋，可以分散裂缝和减小构件裂缝的宽度，从“抗”的原则来控制裂缝；合理的设置变形缝和沉降缝，放”的原则来控制裂缝。 3.1结构裂缝控制常见的设计构造措施 3.1.1结构的平面布置建筑平面布置宜规则，避免平面形状突变，平面有凹口时，宜在凹口处边缘设置拉梁，凹口周边的楼板应适当加厚并加强配筋，楼板负筋宜拉通。要严格按有关规范控制房屋的长度，当长度超过规范规定数值不大时，可在中部设置收缩后浇带。后浇带一般设置间距为30m，位置在梁和楼板的1/3跨处，宽度800mm~1000mm。后浇带应将梁、墙和板完全分开，钢筋仍宜连续配置。当房屋长度超出规范规定数值较大时，宜设变形缝。当建筑物群房和主楼的高差较大时，应在群房和主楼之间设置沉降缝或后浇带，这样可以减小因基础沉降而产生的裂缝。对外露的现浇钢筋混凝土女儿墙、挂板、栏板、檐口和雨棚等构件，当水平长度超过12m时，应设置伸缩缝，间距应≤12m。当房屋长度大于40m时，可在楼板中部设置设置后浇带，以减少混凝土收缩应力及温度影响。对砖混结构，可以将单元分户墙下的楼板断开浇筑。钢筋切断，圈梁不断开，配筋构造见图2。 3.1.2混凝土构件厚度考虑钢筋锚固和耐久性等因素，对现浇构件的最小厚度，应加以限制，对现浇板板厚宜取≥L/30~L/35（L为板的计算跨度），一般民用建筑不宜小于100mm（还应考虑到楼板内暗埋管线直径的影响），根据工程实践，板厚较薄时宜出现收缩裂缝，对不同的构件，应根据规范规定限制其最小厚度。 3.1.3混凝土强度等级选用混凝土强度等级越高，水泥用量就越多，水灰比越大，出现裂缝的可能性更大。现浇板因其平面尺寸较大，一般现浇楼板的强度等级不宜大于C30，现浇梁与楼板的的混凝土强度等级宜一致。当柱和墙的混凝土强度等级高于梁和板时，节点核心区的混凝土强度等级应与柱和墙相同，梁和柱混凝土强度等级不同时节点的做法。 3.1.4配筋设计适当的提高构件的配筋率，对控制构件的裂缝宽度很有效。在《混凝土结构设计规范》（GB50010.2002）中，对受拉钢筋的最小配筋率作出了明确规定：0.2和45ft/fy中的较大值。对梁和板等不同构件，规范对其配筋率和钢筋间距都有明确规定，对板的受力钢筋的配置，宜选用直径较小间距较密为原则，这样可以相对减小构件裂缝。所以严格按规范的规定进行构造配筋和设置间距（包括受力和构造配筋），对混凝土结构的裂缝控制起至关重要的作用。建筑的屋面传热系数宜≤1.0W/（m2．K），屋面板的结构配筋宜采用双层双向配筋，对板面无负筋的区域，可以将板的支座负筋拉通，也可以在板无负筋的区蟛噬晒己置双向钢筋网，与板负筋搭接。四边嵌固的现浇楼板，板的收缩受双向约束，宜在板的4大角差产生45°的裂缝，中部产生贯穿裂缝（，在房屋屋面板阴阳角变形应力集中的地方，宜增设双层双向间距100mm的配筋，其范围为板跨度的1/4，或增设5Φ10mm放射钢筋。3.1.5管线和洞口布置当楼板中有预埋管线时，应在管线的上面布置钢丝网片，板中的预埋管线直径不得大于板厚的l/3，且不应超过50mm，管壁至楼板上下边缘的净距不应小于25mm，板中预埋的管线在交叉时，应采用线盒，不应将管线交叉叠放在一起。当楼板上有开洞时，洞口周边必需做必要的加强措施，洞口尺寸≤300mm时，板内钢筋应从洞口绕过，不得切断；当300mm﹤洞口尺寸≤1000mm时的配筋构造；当洞口尺寸﹥1000mm时，应在洞口边增设边梁。当剪力墙的洞口尺寸≤800mm时，为防止剪力墙的小洞口角裂，应沿洞口周边进行水平筋和纵向钢筋的补强，并加设斜筋，配筋构造；当剪力墙的洞口尺寸﹥800mm时，应在洞口两侧配置边缘构件，洞口上下边缘宜配置构造纵向钢筋。当在梁腰上预留孔洞时，应尽可能布置在拉力和剪力较小的部位，梁跨中的2/3范围内，梁高中间的1/3范围内，且洞口周边增设箍筋和斜筋，配筋构造。 4结语 综上所述，在建筑工程结构设计中，要灵活的运用“抗”和“放”原则，才能有效的控制混凝土结构裂缝的产生。对建筑物进行合理的平面布局和空间布置，充分的考虑结构外荷载和次应力效应，通过正确的受力分析，采取合理的设计构造措施，才能保证结构裂缝宽度满足裂缝控制的要求，达到控制和减少裂缝的目的。 参考文献： [1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997. [2]罗国强.混凝土与砌体结构裂缝控制技术[M].北京：中国建材工业出版社，2006. [3]惠云玲.工程结构裂缝诊治技术与工程实例[MI.北京：中国建材工业出版社，2007. [4]GB50011-2008建筑抗震设计规范[s]． [5]GB50010-2002混凝土结构设计规范[s].