7控制混凝土结构裂缝的设计措施 7.1一般规定 7．1．1混凝土结构裂缝分为受力裂缝和间接裂缝。受力裂缝虽数量不多但反映了结构承载受力情况并对其正常使用(观感、渗漏等)以及耐久性造成影 响，因此必须加以控制 。受力裂缝的控制分为三个等级，取决于结构类型和环境类别等。在《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)(以下简称“设计规范”)的第3．3 节中有专门规 定；而裂缝控制验算则在第8．1节中作出规定。设计时应进行相应的计算并满足规范的有关规定。 7．1．2由于温度、收缩、沉降等非荷载作用会在超静定混凝土结构中引起约束应力(或应变)。在体型较大的混凝土结构中，这种约束应力(或应变)的 积累可能导致间接裂缝 。因此用预先设置的结构缝将混凝土结构分割为体型相对较小的若干区域，可以有效地控制这类裂缝。在“设计规范”的第9．1节中，根据我国多年的工程实践经 验 ，作出了混凝土结构伸缩缝最大间距的规定。但是，这种规定是以“宜”的形式给出的，即允许设计者根据具体情况予以调整。在规范的相应条款中给出了在不利情 况下减小间距的条件，以及在有利情况下采取可靠措施后允许增大间距的条件。由于间距对混凝土结构裂缝形成的影响目前还很难进行定量计算，因此只能以定性 的、构造措施 的形式给出。 7．1．3近年我国的工程实践证明，在混凝土结构设计时预先考虑设置后浇带是控制间接裂缝的有效措施。混凝土的收缩是引起早期裂缝的最重要原因之 一，而收缩的趋势是 先快后慢，渐趋缓和。因此在浇筑混凝土时，用临时设置的后浇带将其分割为长度不超过30m的相对独立部分，待2个月以后早期收缩已基本完成时，再用后浇混 凝土将其填补而 形成整体。后浇带宽度一般700—1000mm，钢筋可以不问断地通过，也可以在以后连接或部分连接，当然采用膨胀混凝土效果更佳。 应该说明，后浇带属于临时性的设缝，并不能代替永久性的伸缩缝。可以适当增大伸缩缝的间距，但本身并不能作为伸缩缝而任意改变、扩大其间距。 7．1．4与现浇混凝土结构形成的强固约束相比，已经基本完成收缩的预制构件中约束应力(或应变)要小得多，特别是预应力预制构件中混凝土受到预压 应力的作用，裂缝控 制性能大大提高，因此预制混凝土构件中很少出现裂缝。但是，由预制构件形成装配式结构的连接质量对其受力性能及裂缝控制能力有很大的影响。 我国传统的装配式结构多为简单的拼装，构件之间的连接及拼缝处理不当，影响结构的整体性(抗震性能)，并且往往在拼接处形成拼接裂缝。经近年的科研 试验及工程实践 ，提出了一系列配套的构造措施以加强预制构件之间以及构件与支承结构连接处的传力性能以增强其整体性；同时控制拼接处的裂缝，形成装配整体式结构或半预制 半现浇的叠 合式结构。这两种结构形式的整体性以及裂缝控制性能显著改善，成为控制混凝土结构裂缝的有效途径。 装配整体式结构的具体做法可参考国家标准图集《建筑物抗震构造详图》(03G329)以及《预应力混凝土圆孑L板》(03SG435—1．2)的有关规定；叠合结构设计在《混凝 土结构设计规范》第10．6节中也有介绍，设计人员可在设计时参考。 7．1．5混凝土结构中的裂缝是由各种因素综合作用形成的，通过工程实践经验总结及对裂缝现象的调查分析，在结构某些部位或在某些条件下最容易发生裂缝，因此应该作 为重点防范的对象，在设计时应提前考虑采取相应的防裂构造措施。现分别介绍如下。 (1)有些混凝土构件由于与相邻构件刚度的比相对较大，在计算简图上简化为简支支座或自由边界。但是理想的支承条件并不存在：即使简支支座也可能因 某种程度的嵌固而 实际上存在约束弯矩；即使自由边界，在变形位移较大时仍可能受到约束而引起次内力。在这些部位，不能严格按照设计计算的内力配筋，而应根据受力的情况适当 配筋以抵抗 这些由约束引起的次内力。 (2)混凝土结构体型不规则也可能引起裂缝。如长条形结构中间的蜂腰部位；结构凹角部位曲率半径过小而应力集中，均可能导致裂缝。此时应尽量改变结构体型以避免应力 集中，或在易开裂的部位增加构造配筋以控制裂缝的开展。 (3)大体积混凝土在凝固时释放大量水化热，难以在短时间内散失，而表面混凝土却因冷却凝固而收缩，因此容易导致裂缝。设计时应考虑采取措施减小温差或加强配筋，避 免温度裂缝发生。 (4)采用泵送、免振等方法施工的现浇混凝土结构，由于混凝土的收缩相对很大，特别容易发生裂缝。除采取施工方面的措施以外，设计时应考虑多配构造钢筋，以控制裂缝 。 (5)地质情况复杂或结构荷载分布不均衡，则不均匀沉降可能导致基础及上部结构的混凝土裂缝。此时，设计应考虑设詈沉降缝将结构断开，或多配钢筋加强基础刚度，减小 不均匀沉降以控制和避免裂缝。 (6)对于跨季节施工的混凝土结构，尤其是经历干燥、寒冷、曝晒、蒸发量大、温差显著等气候条件时，设计应考虑配置必要的构造钢筋或要求施工方面及时封闭已浇筑的混 凝土结构区域，避免已浇筑的混凝土开裂。 (7)混凝土施工接槎、预制构件拼接、混凝土结构与其他结构的交界处，这些部位都是极容易发生裂缝的薄弱环节。设计时应采取必要的构造措施来消除或掩盖这些裂缝。 7.2板的裂缝控制 7．2．1试验研究与工程实践均表明，板中钢筋的间距与其裂缝形态有关。在相同的配筋率和承载力条件下，直径小(细)而间距不大(密)的配筋方式可 以改善裂缝的分布形态 。细而密的裂缝形态对控制裂缝宽度有利。设计规范规定了在板厚不同时板中配筋间距的规定，强调了控制配筋间距的重要性。 7．2．2简支板在支座处理论上弯矩为零。但实际上理想的简支并不存在，总是有一定程度的嵌固作用，从而引起负弯矩。为避免简支板在支座边的负弯矩 裂缝，在板面适当 配置负弯矩钢筋是必要的。支座嵌固的现浇混凝土板，其板面的负弯矩钢筋应向跨内延伸，延伸长度应能覆盖负弯矩区域并满足锚固长度后才能切断。板底的正弯矩 钢筋宜全部 伸人支座锚固。除受力钢筋以外，还应配置与之垂直的横向构造分布钢筋，以符合设计规范的相应要求。 7．2．3连续板在支座处承受负弯矩，板底钢筋按理并不承受拉力。但在温度一收缩应力较大的区域，此钢筋仍有可能受拉，故应加强锚固，伸人支座的锚固长度在原5d的情 况下再适当增加，在此加以强调。 7．2．4在现浇混凝土板与主梁交界处，从计算简图上并无支承传力关系，板的受力钢筋与梁平行。但现浇一体的混凝土梁实际上对板具有嵌固约束作用，因而形成负弯矩， 往往会在卞梁侧边板上形成负弯矩裂缝，因此必须配置适当的板面负弯矩钢筋。 7．2．5与周边支承一体现浇的混凝土板，由于支座嵌固作用而引起的负弯矩，特别容易沿周边发生板面裂缝。因此应沿此约束边缘配置必要的负弯矩钢筋(上部构造钢筋)。 7．2．6嵌固在砌体墙内的现浇混凝土板，计算简图往往算作简支，但实际为弹性嵌固，具有一定的负弯矩，只是无法实际计算。因此只能采用加强板面构 造配筋的措施，防 止可能出现的板面负弯矩裂缝。山于砌体对混凝土板的约束作用相对较小，故该钢筋伸人板内的延伸长度相对较小。在两边嵌固的板角部位，约束作用较为明显，因 此应配置双 向的上部构造钢筋，且有较长的延伸长度，如不能满足要求往往引起板角部分的斜向裂缝。 7．2．7现浇混凝土板的板角部位往往出现45’斜向裂缝，可配置上部构造钢筋加以控制。钢筋可以在两个互相垂直的方向布置；也可以配置垂直于斜向裂缝方向的 45’斜向构造钢筋，按投影方向计算钢筋面积。 当柱角或墙的阳角突出到板角部位且尺寸较大时，伸人板内钢筋延伸长度应从柱边或墙边算起，且在根部满足锚固要求。 7．2．8在板的配筋中除受力钢筋需要通过设计计算确定外，分布钢筋对于形成混凝土板的整体受力、消解温度一收缩应力、控制裂缝形态都起到了积极作用。因此对起构造 作用的分布钢筋强调提出了相应的构造要求。 7．2．9对由于温度一收缩作用而容易发生裂缝的现浇混凝土板，可以采用在周边支承构件顶部设置控制缝的方法来减少板内约束应力(应变)的积聚。具 体措施是：沿板边梁 、墙轴线处在浇筑混凝土后插入铁片或塑料片、木条(混凝土初凝后撤去)，形成薄弱部位，引导裂缝在此开展，以控制板中间接裂缝的发生。沿梁、墙顶部的裂缝 并不影响结构 的承载受力及外观，并可在浇筑混凝土后加以掩盖。 7．2．10近年来现浇混凝土板的裂缝问题比较严重，原因就是温度一收缩引起约束应力导致的间接裂缝。在板内增加配筋可以缓解这类裂缝。此类温度一 收缩钢筋宜布置在 混凝土表面，对于未配受力钢筋的素混凝土表面配置这类钢筋对于控制裂缝特别有效。沿表面两向的配筋率并不高，为0．1％，但间距宜较小 (150～200mm)。因为密集配筋对于 改变裂缝形态，控制裂缝宽度可起到明显作用。工程实践表明，这种做法是有效的。 对于屋面板等部位，温度引起的约束应力更为明显。因此，此类配筋的量还应适当增加，以控制裂缝的出现。 7．2．11基础筏板当厚度大于2m时属于大体积混凝土，往往由于水化热积聚而产生裂缝。在板中沿厚度方向以一定间隔配置钢筋网片以后，可以减小温度收缩引起约束应力 的影响，也有利于提高板的抗剪承载力。 7．2．12悬臂构件的根部容易产生负弯矩裂缝。由于裂缝开口向上，在不利的环境条件下容易发生渗水、冻融而引起钢筋锈蚀，从而导致承载力受损。我 国阳台、雨罩、檐 口等混凝土板曾因裂缝而导致耐久性问题，最后发生恶性事故(折断、坠落等)。因此从设计的角度而言，处于露天条件下的悬臂构件不宜设计成板式构件，而宜采 用挑梁作为承 载受力的构件形式。 7.3梁、柱的裂缝控制 7．3．1固端梁在支座处往往有较大的负弯矩配筋，随着弯矩包络图的变化，这些梁顶的负弯矩钢筋可以逐根切断，但仍应伸出必要的延伸长度。我国传统 的负弯矩钢筋切断 后的延伸长度不足，对结构的承载受力不利。由于斜弯裂缝以及沿纵筋发生的销柱剪切裂缝，受力钢筋的锚固受力被削弱。因此，对于剪力较大 (V＞0．7bhoft)且切断点仍在负 弯矩内时，须增加延伸长度以保证构件应有的抗力。修订后的设计规范作出了具体规定，但往往被忽略。在此强调，以引起设计人员的注意。 7．3．2钢筋混凝土悬臂梁是容易出现裂缝并且导致安全事故的构件。原因是其承受负弯矩，裂缝开口向上，容易遭受水浸、冻融及腐蚀性介质的影响。同 时悬臂根部具有最 大的弯矩和剪力，并且由于没有多余约束，一旦丧失约束联系，即可能发生折断、倒塌等严重后果。此外，试验研究表明，悬臂梁上表面如在梁面切断负弯矩钢筋， 极易发生斜 弯裂缝而导致斜拉破坏。故对悬臂梁中的配筋，必须保留不少于二根伸到悬臂端部弯折锚固；其他钢筋也不能在梁上部切断，必须向下弯折到梁下部受压区锚固。 7．3．3在梁与支承部分刚度相差较大时，往往按简支计算。但实际梁端仍受到部分约束，因此实际存在着负弯矩，并可能引起梁顶的裂缝。应在支座上部设置相应的构造钢 筋，并对配筋数量、伸出长度等作出了具体规定。 7．3．4近年来梁的截面高度加大，梁的长度也增加，加上混凝土收缩，往往在梁的侧面出现收缩裂缝。裂缝垂直于梁的轴线，呈枣核状，中间宽而两端细，中止于梁顶板底 及梁下配筋区域。因此，为避免此类收缩裂缝，应在梁侧以间距不大于200mm配置水平构造钢筋(腰筋)。 7．3．5当梁、柱中由于钢筋直径过大或钢筋配置方式而形成混凝土保护层过大、超过40mm时，裂缝宽度不易满足要求，且过厚的混凝土保护层开裂剥 落时容易发生事故，故 应在此配筋予以拉结。最通常的办法是在保护层中配置细直径钢筋网片或采取其他配筋方式，避免因混凝土厚度过大而不受钢筋约束。 在梁的受拉钢筋部位的混凝土保护层中加配构造钢筋网片，可干预裂缝的形成，改变裂缝间距及裂缝的形态(细而密)，从而控制裂缝宽度。构造钢筋网片宜采用细而密的钢 筋，可以起到遏制裂缝的作用。 7.4墙的裂缝控制 7．4．1剪力墙尽管从受力上看主要承受压力和剪力，但因墙体较薄，配筋不多，仍可能出现裂缝。加之近年混凝土收缩加大，温度变化以及施工等各种因 素的影响，墙体裂 缝时有发生。为此，提出了墙体内水平和竖向分布钢筋配筋率(0．2％)的要求，以及最低限度配筋(直径8mm，间距300mm)的要求。对于结构受力的重 要部位以及温度一收缩应力 较大的部位，这种构造配筋的配筋率还要适当提高。 7．4．2地下室的混凝土纵墙长度较大，由于混凝土收缩等原因引起的竖向裂缝比较容易发生，往往影响观感和使用功能(渗漏)。因此，除受力钢筋以外，地下室的混凝土墙 体中宜适当增加水平构造钢筋，以控制墙体开裂，遏制竖向裂缝的形成。 7．4．3从受力的角度和控制混凝土裂缝的要求，混凝土墙体的配筋宜采用双排布置的形式。双排钢筋网之间应该用拉结筋互相连系以维持其形状及位置。由于墙内配筋及位 置对于其受力性能及裂缝控制的重大影响，在此强调以加大执行力度。 7．4．4～7．4．5在混凝土墙体上开洞时，由于截面受到削弱，应力传递在此不连续，加上洞口角部容易应力集中等因素的影响，往往发生裂缝。因 此，围绕剪力墙洞口的 连梁水平配筋、配箍以及洞边的竖向配筋等均应满足一定的构造要求。在此强调，洞边钢筋不得沿洞口弯折而必须延伸到墙内锚固，否则容易在洞口角部形成裂缝。 7．5装配式结构的拼缝和接头 7．5．1考虑传递内力的装配整体式结构，受力钢筋应采取相应的连接形式以能够传递应力，而混凝土则依靠在接头处浇筑的混凝土连成一体。为保证接头 处混凝土的连接质 量，接头宽度不宜过小以方便浇筑混凝土的操作；灌筑接头宜采用细石混凝土；当考虑接头传力时，强度等级不宜低于C30；不考虑传力时，不应低于C20。拼 缝和接头宜采用膨 胀混凝土灌筑，且应加强养护，避免接头处的裂缝。 7．5．2我国传统的装配式楼板仅将预制板作简单的拼装，整体性很差且拼接处容易出现错台及拼接裂缝。经近年的科研试验及工程实践，装配整体式楼板 的整体性大大改善 ，详见国家标准图集《建筑物抗震构造详图》(03G329)及《预应力混凝土圆孔板》(03SG435—1～2)。本条介绍控制装配整体式楼板裂缝的构造 措施：预制板侧边淘汰了斜 平边和单齿边而采用双齿边的形式；适当加宽板侧的拼缝并及时灌筑具有一定强度的细石混凝土(最好是膨胀混凝土)；在拼缝中适当配置钢筋等。这些措施都能有 效地提高楼板 结构的整体抗震性能且能控制板侧的拼接裂缝。 7．5．3为了加强预制装配式楼板的整体性，避免在支座处出现由于约束而形成的板面裂缝。预制板端伸出的锚固钢筋应互相连接并与支承结构的钢筋连 接，板端灌缝混凝土 宜与支承结构(例如圈梁)一体浇筑。这种称为“硬架支模”的连接方式大大增加了楼板的整体性及抗震性能，但支座固结容易引起预制板端的负弯矩支座边的板面 裂 缝。为此，在支座边一定范围内，在板上部的后浇地面找平层内配置细直径钢筋网片有利于控制这种裂缝的发生。 7．5．4在屋顶及其他容易遭受温度变化影响的部位，往往发生?昆凝土的温度裂缝。并且这类裂缝随着季节变化反复重现，很难用其他方法彻底根治。应 采取加强保温隔热 的措施，将外界气温变化与预制混凝土屋面板之间隔绝开来，才能消除温度变形和裂缝。为此，设计时应进行热工计算，屋面保温隔热层能够满足建筑节能标准的要 求，同时控 制屋顶1昆凝土屋面板的表面温度，防止温度裂缝。 7．5．5对于跨度较大、抗震性能要求较高的楼盖，可以利用预制板作为底板，在上面浇筑厚度不小于50mm的混凝土并在后浇叠合层中配置负弯矩钢 筋，形成叠合楼盖，以加 强楼顶的整体性及裂缝控制性能。但预制板面应有凹凸差不小于4mm的人工粗糙面，且宜在板面留有伸人后浇叠合层混凝土的构造钢筋，以加强受力的整体性及裂 缝控制性能。 装配式结构同样有结构缝的问题。在设置结构缝的部位，应避免出现影响观感和使用功能的缺陷。为此，应配合建筑设计，采取有效的构造措施，防止沿结构缝发生浸水、 渗漏，或采用必要的建筑处理手法加以掩饰。   更多行业信息 新型砂浆网：http://www.maor.cn/ 保温工程网：http://www.bwgcw.com/ |
