浅谈钢筋混凝土结构设计中的裂缝控制

侯彦

【摘要】在施工过程中，钢筋混凝土结构的表面常会出现各种各样病害，其中混凝土裂缝可以说是很普遍也是很严重的一种结构性病害。本文针对钢筋混凝土结构设计中的裂缝控制进行了探讨。

【关键词】刚劲 混凝土 设计 裂缝

中图分类号：TV331文献标识码： A

前言

钢筋混凝土结构在目前的工业与民用建筑中占有重要的地位。但由于混凝土这种材料的特性, 以及设计和施工中某些措施的不当, 产生裂缝也相当普遍, 特别是最近几年, 日益增加的混凝土裂缝已引起诸多业主和用户的不满及投诉。

一、裂缝对钢筋混凝土结构造成的危害

1、钢筋混凝土结构受力重新分配

钢筋混凝土结构正常使用时，钢筋抵抗拉力，混凝土则抵抗压力，当钢筋混凝土结构开裂之后，裂缝处的钢筋与混凝土锚固失效，钢筋的应力变化极大，混凝土由整体变为破碎的各部分，上部混凝土受压区高度相对变小，压应力也急剧增长。

2、钢筋混凝土结构的抗剪能力下降

当钢筋混凝土结构开裂之后，混凝土由一个整体被分为各支离破碎的部分，混凝土的各个截面不再完整，使得起到抗剪作用的净截面面积减小，整体的抗剪能力大幅度下降。

3、钢筋混凝土结构的刚度减小

钢筋混凝土结构开裂比较严重时，裂缝截面处的中性轴上移，结构的变形加大，刚度减小，整体挠度随着裂缝的发展而激增。

4、钢筋混凝土结构的疲劳度下降

裂缝的出现不但降低了结构的整体刚度，还使得钢筋及混凝土长时间处于高应力拉压状态，降低了它们的疲劳寿命，从而降低了整体结构的疲劳度。

5、钢筋混凝土结构的强度降低

裂缝的出现致使结构中的钢筋外露，空气及水分中有腐蚀作用的成分侵入混凝土内部，引起钢筋锈蚀及混凝土质变，导致整个结构强度逐渐降低，强度的降低又会加大裂缝的扩展，最终造成结构的受力性能进一步恶化，钢筋混凝土结构的耐久性及使用性能严重下降。

二、钢筋混凝土结构裂缝的成因

1、材料因素

粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大; 集料颗粒级配不良容易增大混凝土收缩，使混凝土产生裂缝。骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土用灰量、用水量增多，收缩量增大。混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。水泥等级及混凝土强度等级原因: 水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。

2、施工因素

混凝土是一种人造混合材料，其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能是裂缝产生的直接或间接成因。水分蒸发、水泥结石和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的重要原因。模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都可能造成混凝土开裂。施工过程中，钢筋表面污染，混凝土保护层太小或太大，浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。混凝土养护，特别是早期养护质量与裂缝的关系密切。早期表面干燥或早期内外温差较大更容易产生裂缝。避免在极端天气条件下施工，可以减少砼结构的开裂情况。

3、设计因素

设计结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中，构造处理不当，所产生的构件裂缝。设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝( 偏心、应力过大等) 。设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝( 如墙板、楼板) 。设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。各种结构缝设置不当等因素容易导致砼开裂。

三、具体结构构件裂缝控制

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。但任何基础的受力钢筋都不小于A10@200, 分布钢筋不小于A8@200。《混凝土结构设计规范》第10.1.11条规定: 当板厚大于2 m时, 除在板的顶面、底面布置纵横钢筋以外, 尚宜在板厚方向设置与板面平行的构造钢筋网片, 间距不超过1m, 直径不小于12 mm, 纵横方向的钢筋间距不大于200mm。这样做不仅可以减少大体积混凝土温度收缩产生的应力影响, 同时也有利于提高构件的抗剪承载力。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。虽然《建筑地基基础设计规范》第1 1 条款规定“当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5 m时, 底板的受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍, 并宜交错布置。”这样做虽然就基础受力来说是适宜的。但是就导致了基础底板的部分区域钢筋间距增大, 在该区域产生裂缝的可能性增大。如果交底时表达不清, 而施工单位又不注意, 就有可能产生施工事故.

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, 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。

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。

结论

通过对裂缝产生的机理分析可知，钢筋混凝土结构裂缝的产生是各种因素共同作用的结果。我们应认真分析钢筋混凝土结构开裂机理，根据不同情况采取相应的技术措施，尽可能对裂缝的扩展进行有效控制，以保证钢筋混凝土结构物的耐久性及安全性。

【参考文献】

[1] 李洋. 浅谈混凝土结构裂缝[ J ] . 应用技术, 2010( 04)

[2]张雄. 混凝土结构裂缝防治技术[ M] . 北京: 化学工业出版社, 2007

[3] 李丽娟. 浅析钢筋混凝土结构裂缝的结构设计控制原理[ J] . 工程科学, 2008(06)