房屋建筑結(jié)構(gòu)設計中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制措施分析

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摘　要

房屋建筑結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)的安全使用以及耐久性產(chǎn)生不同程度的影響，本文結(jié)合筆者多年房屋建筑結(jié)構(gòu)設計實踐，遵循現(xiàn)行規(guī)范，從結(jié)構(gòu)設計的角度詳細探討了房屋建筑結(jié)構(gòu)設計中的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制措施，并從結(jié)構(gòu)構(gòu)造設計方面進行了具體闡述。 關鍵詞：現(xiàn)澆混凝土；結(jié)構(gòu)裂縫；裂縫控制；結(jié)構(gòu)設計；構(gòu)造設計 1引言 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國建筑工程中得到廣泛的采用，伴隨國內(nèi)城市化進程的加快，工業(yè)、基礎設施和商品住宅建設的飛速發(fā)展，在建筑工程中遇到的混凝土裂縫問題越來越多，由于裂縫問題產(chǎn)生的糾紛也不斷增加，成為一直困擾工程設計人員的問題。根據(jù)大量的工程實踐和對近代工程材料的微觀研究，混凝土結(jié)構(gòu)建筑的裂縫是不可避免的，其危害程度是可以控制的，我們可以通過各種方法，使裂縫產(chǎn)生的影響，滿足規(guī)范和正常使用的要求。裂縫產(chǎn)生的原因與材料、設計、施工和溫度等有關，本文主要從結(jié)構(gòu)設計方面來討論，怎樣控制裂縫的發(fā)展和減小裂縫的寬度。 2現(xiàn)澆混凝土建筑結(jié)構(gòu)設計中裂縫控制措施分析在設計的方案階段和施工圖階段，要有控制裂縫的意識，結(jié)合工程的實際情況采取必要的裂縫控制措施。對于荷載裂縫，必須將其控制在規(guī)范規(guī)定的限值范圍以內(nèi)，必須采用“抗”的原則，從計算、構(gòu)造上使結(jié)構(gòu)具有足夠的抗力，來對付各種荷載作用，除滿足現(xiàn)行國家規(guī)范標準關于承載力的要求外，還要滿足抗裂性和變形的要求。對于變形產(chǎn)生的裂縫，既可以采取“抗”也可以采取“放”的原則，“抗”可以對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的某些部位從構(gòu)造上合理的加強配筋，配筋能提高混凝土的彈性極限拉伸，有效地的約束混凝土的塑性變形。合理的加強配筋有利提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性，如在梁側(cè)增加縱向鋼筋，屋面板角部和跨中上部的地方增設雙向鋼筋網(wǎng)，在磚混結(jié)構(gòu)的樓面板設置圈梁，來提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件抵抗變形裂縫的能力。在混凝土板的收縮變形一定時，雖然適當?shù)脑黾优浣钅苡行У靥岣呋炷恋目沽研?，但隨著配筋的增加，約束使收縮裂縫的數(shù)量增多；當收縮變形較大時，盲目的增加配筋將不再能保證裂縫寬度滿足裂縫控制的要求，只會起到相反的作用。當采用“抗”的原則控制裂縫代價過高，或是不起作用時，應采取“放”的原則，按現(xiàn)行國家標準規(guī)范的規(guī)定，合理的設置伸縮縫、沉降縫和滑動層。對于變形因素影響較大的結(jié)構(gòu)，采用“抗放”結(jié)合的原則，在施工時設置后澆帶，在完成大部分變形后，再對后澆帶進行澆筑，使結(jié)構(gòu)形成整體，來抵抗尚未完成的收縮和沉降變形，具體在如下幾個方面進行： 2.1混凝土結(jié)構(gòu)的概念設計混凝土結(jié)構(gòu)概念設計在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中起著重要作用，設計的思路可通過概念設計來實現(xiàn)，發(fā)揮和利用結(jié)構(gòu)總體體系與各基本構(gòu)件之間的關系，能迅速、有效地對總體結(jié)構(gòu)體系進行構(gòu)思、比較和選擇。結(jié)構(gòu)工程師在項目中的任務就是用整體概念來設計總體結(jié)構(gòu)體系。同時，基本結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學性能又在整體結(jié)構(gòu)中起著重要作用，通過概念設計和創(chuàng)新，可獲得受力明確、抗裂性能良好、造價較低的結(jié)構(gòu)總體方案。 2.2設計概念概念設計可以創(chuàng)造一個性能良好、安全和經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)總體方案。設計概念，是指在施工圖階段，對工程結(jié)構(gòu)計算所需的材料性能、力學知識和結(jié)構(gòu)分析方面，必須有一個正確的概念，這對實現(xiàn)總體設計方案，確保施工圖設計質(zhì)量是至關重要的。 2.2.1結(jié)構(gòu)電算中的設計概念現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)分析都借助于計算機，不論什么樣的結(jié)構(gòu)型式，在電算過程中，除了數(shù)據(jù)檢查和計算結(jié)果的電算判斷外，結(jié)構(gòu)計算的程序選擇和應用分析，也是非常重要的人為判斷環(huán)節(jié)。程序選擇是指判別程序的計算原理及適用范圍是否符合實際工程設計的情況。應用分析是指判別結(jié)構(gòu)周期、變形、內(nèi)力和配筋的計算是否正確及滿足有關設計規(guī)范的規(guī)定。這些判斷均與設計概念是否正確密切相關。 2.2.2結(jié)構(gòu)計算方法結(jié)構(gòu)的計算模型要進行必要的簡化，簡化程度與計算程序有關。簡化模型要盡量符合真實受力情況，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間布置、荷載的分布、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度、形式、約束、連接、位移變形特征等，實際結(jié)構(gòu)的簡化模型應與軟件假定的力學模型相符。 2.2.3樓面整體性及其水平剛度現(xiàn)在結(jié)構(gòu)計算在考慮側(cè)向荷載分配時，主要有3種方法：1）按各榀抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受荷面積進行分配。2）按各榀抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度單向協(xié)同工作進行分配。3）按所有抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度雙向協(xié)同工作進行分配。具體采用那種方法進行計算，和結(jié)構(gòu)的樓（屋）面的整體剛度有關，剛性樓（屋）面應采用3）進行計算，半剛性樓（屋）面應采用2）進行計算，柔性樓（屋）面應采用1）進行計算。樓（匿面）板是傳遞水平力的主要構(gòu)件，程序計算中采用的簡化模型，必須符合實際情況，樓面剛度的大小，應根據(jù)樓（屋）面結(jié)構(gòu)板的厚度、配筋、開洞和錯層情況，經(jīng)過設計者用概念來判定。 2.2.4其它在結(jié)構(gòu)電算過程中，還應根據(jù)具體情況，對結(jié)構(gòu)計算的自振周期進行折減。對軸向變形和剪切切變形的影響，現(xiàn)澆樓（屋面）板對樓面梁慣性矩的系數(shù)增大，梁端彎矩調(diào)幅，柱構(gòu)件的計算長度等問題的考慮，都必須建立在正確的設計概念的基礎上，不可盲目套用程序或不做分析按計算結(jié)構(gòu)進行設計，否則后果不堪設想，應引起設計人員的高度重視。 3房屋構(gòu)造設計中的裂縫控制的具體措施長期以來，設計和構(gòu)造一直是控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要措施,設計構(gòu)造對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的影響主要體現(xiàn)在設計、配筋和構(gòu)造縫設置3個方面，在設計中要控制建筑物的凸凹尺寸和體量大小，盡量使建筑物形狀規(guī)則、剛度均勻和構(gòu)件連續(xù)，從而減小溫度變形和應力集中。對高低相差較大和地基土層相差過大的建筑，要合理進行空間布置和設置沉降縫；在構(gòu)件的特殊部位合理設置構(gòu)造鋼筋，可以分散裂縫和減小構(gòu)件裂縫的寬度，從“抗”的原則來控制裂縫；合理的設置變形縫和沉降縫，放”的原則來控制裂縫。 3.1結(jié)構(gòu)裂縫控制常見的設計構(gòu)造措施 3.1.1結(jié)構(gòu)的平面布置建筑平面布置宜規(guī)則，避免平面形狀突變，平面有凹口時，宜在凹口處邊緣設置拉梁，凹口周邊的樓板應適當加厚并加強配筋，樓板負筋宜拉通。要嚴格按有關規(guī)范控制房屋的長度，當長度超過規(guī)范規(guī)定數(shù)值不大時，可在中部設置收縮后澆帶。后澆帶一般設置間距為30m，位置在梁和樓板的1/3跨處，寬度800mm~1000mm。后澆帶應將梁、墻和板完全分開，鋼筋仍宜連續(xù)配置。當房屋長度超出規(guī)范規(guī)定數(shù)值較大時，宜設變形縫。當建筑物群房和主樓的高差較大時，應在群房和主樓之間設置沉降縫或后澆帶，這樣可以減小因基礎沉降而產(chǎn)生的裂縫。對外露的現(xiàn)澆鋼筋混凝土女兒墻、掛板、欄板、檐口和雨棚等構(gòu)件，當水平長度超過12m時，應設置伸縮縫，間距應≤12m。當房屋長度大于40m時，可在樓板中部設置設置后澆帶，以減少混凝土收縮應力及溫度影響。對磚混結(jié)構(gòu)，可以將單元分戶墻下的樓板斷開澆筑。鋼筋切斷，圈梁不斷開，配筋構(gòu)造見圖2。 3.1.2混凝土構(gòu)件厚度考慮鋼筋錨固和耐久性等因素，對現(xiàn)澆構(gòu)件的最小厚度，應加以限制，對現(xiàn)澆板板厚宜取≥L/30~L/35（L為板的計算跨度），一般民用建筑不宜小于100mm（還應考慮到樓板內(nèi)暗埋管線直徑的影響），根據(jù)工程實踐，板厚較薄時宜出現(xiàn)收縮裂縫，對不同的構(gòu)件，應根據(jù)規(guī)范規(guī)定限制其最小厚度。 3.1.3混凝土強度等級選用混凝土強度等級越高，水泥用量就越多，水灰比越大，出現(xiàn)裂縫的可能性更大?，F(xiàn)澆板因其平面尺寸較大，一般現(xiàn)澆樓板的強度等級不宜大于C30，現(xiàn)澆梁與樓板的的混凝土強度等級宜一致。當柱和墻的混凝土強度等級高于梁和板時，節(jié)點核心區(qū)的混凝土強度等級應與柱和墻相同，梁和柱混凝土強度等級不同時節(jié)點的做法。 3.1.4配筋設計適當?shù)奶岣邩?gòu)件的配筋率，對控制構(gòu)件的裂縫寬度很有效。在《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010.2002）中，對受拉鋼筋的最小配筋率作出了明確規(guī)定：0.2和45ft/fy中的較大值。對梁和板等不同構(gòu)件，規(guī)范對其配筋率和鋼筋間距都有明確規(guī)定，對板的受力鋼筋的配置，宜選用直徑較小間距較密為原則，這樣可以相對減小構(gòu)件裂縫。所以嚴格按規(guī)范的規(guī)定進行構(gòu)造配筋和設置間距（包括受力和構(gòu)造配筋），對混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制起至關重要的作用。建筑的屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)宜≤1.0W/（m2．K），屋面板的結(jié)構(gòu)配筋宜采用雙層雙向配筋，對板面無負筋的區(qū)域，可以將板的支座負筋拉通，也可以在板無負筋的區(qū)蟛噬曬己置雙向鋼筋網(wǎng)，與板負筋搭接。四邊嵌固的現(xiàn)澆樓板，板的收縮受雙向約束，宜在板的4大角差產(chǎn)生45°的裂縫，中部產(chǎn)生貫穿裂縫（，在房屋屋面板陰陽角變形應力集中的地方，宜增設雙層雙向間距100mm的配筋，其范圍為板跨度的1/4，或增設5Φ10mm放射鋼筋。3.1.5管線和洞口布置當樓板中有預埋管線時，應在管線的上面布置鋼絲網(wǎng)片，板中的預埋管線直徑不得大于板厚的l/3，且不應超過50mm，管壁至樓板上下邊緣的凈距不應小于25mm，板中預埋的管線在交叉時，應采用線盒，不應將管線交叉疊放在一起。當樓板上有開洞時，洞口周邊必需做必要的加強措施，洞口尺寸≤300mm時，板內(nèi)鋼筋應從洞口繞過，不得切斷；當300mm﹤洞口尺寸≤1000mm時的配筋構(gòu)造；當洞口尺寸﹥1000mm時，應在洞口邊增設邊梁。當剪力墻的洞口尺寸≤800mm時，為防止剪力墻的小洞口角裂，應沿洞口周邊進行水平筋和縱向鋼筋的補強，并加設斜筋，配筋構(gòu)造；當剪力墻的洞口尺寸﹥800mm時，應在洞口兩側(cè)配置邊緣構(gòu)件，洞口上下邊緣宜配置構(gòu)造縱向鋼筋。當在梁腰上預留孔洞時，應盡可能布置在拉力和剪力較小的部位，梁跨中的2/3范圍內(nèi)，梁高中間的1/3范圍內(nèi)，且洞口周邊增設箍筋和斜筋，配筋構(gòu)造。 4結(jié)語 綜上所述，在建筑工程結(jié)構(gòu)設計中，要靈活的運用“抗”和“放”原則，才能有效的控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。對建筑物進行合理的平面布局和空間布置，充分的考慮結(jié)構(gòu)外荷載和次應力效應，通過正確的受力分析，采取合理的設計構(gòu)造措施，才能保證結(jié)構(gòu)裂縫寬度滿足裂縫控制的要求，達到控制和減少裂縫的目的。 參考文獻： [1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997. 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