房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)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(shè)計(jì)實(shí)踐，遵循現(xiàn)行規(guī)范，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度詳細(xì)探討了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方面進(jìn)行了具體闡述。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆混凝土；結(jié)構(gòu)裂縫；裂縫控制；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；構(gòu)造設(shè)計(jì) 1引言 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑工程中得到廣泛的采用，伴隨國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施和商品住宅建設(shè)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(shè)計(jì)人員的問題。根據(jù)大量的工程實(shí)踐和對(duì)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(shè)計(jì)、施工和溫度等有關(guān)，本文主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中裂縫控制措施分析在設(shè)計(jì)的方案階段和施工圖階段，要有控制裂縫的意識(shí)，結(jié)合工程的實(shí)際情況采取必要的裂縫控制措施。對(duì)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(jì)算、構(gòu)造上使結(jié)構(gòu)具有足夠的抗力，來對(duì)付各種荷載作用，除滿足現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于承載力的要求外，還要滿足抗裂性和變形的要求。對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的某些部位從構(gòu)造上合理的加強(qiáng)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(qiáng)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(shè)雙向鋼筋網(wǎng)，在磚混結(jié)構(gòu)的樓面板設(shè)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(shí)，雖然適當(dāng)?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(dāng)收縮變形較大時(shí)，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(huì)起到相反的作用。當(dāng)采用“抗”的原則控制裂縫代價(jià)過高，或是不起作用時(shí)，應(yīng)采取“放”的原則，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，合理的設(shè)置伸縮縫、沉降縫和滑動(dòng)層。對(duì)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(shí)設(shè)置后澆帶，在完成大部分變形后，再對(duì)后澆帶進(jìn)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(gè)方面進(jìn)行： 2.1混凝土結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中起著重要作用，設(shè)計(jì)的思路可通過概念設(shè)計(jì)來實(shí)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(guān)系，能迅速、有效地對(duì)總體結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較和選擇。結(jié)構(gòu)工程師在項(xiàng)目中的任務(wù)就是用整體概念來設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)，基本結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能又在整體結(jié)構(gòu)中起著重要作用，通過概念設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，可獲得受力明確、抗裂性能良好、造價(jià)較低的結(jié)構(gòu)總體方案。 2.2設(shè)計(jì)概念概念設(shè)計(jì)可以創(chuàng)造一個(gè)性能良好、安全和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)總體方案。設(shè)計(jì)概念，是指在施工圖階段，對(duì)工程結(jié)構(gòu)計(jì)算所需的材料性能、力學(xué)知識(shí)和結(jié)構(gòu)分析方面，必須有一個(gè)正確的概念，這對(duì)實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)方案，確保施工圖設(shè)計(jì)質(zhì)量是至關(guān)重要的。 2.2.1結(jié)構(gòu)電算中的設(shè)計(jì)概念現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)分析都借助于計(jì)算機(jī)，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(jì)算結(jié)果的電算判斷外，結(jié)構(gòu)計(jì)算的程序選擇和應(yīng)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(jì)算原理及適用范圍是否符合實(shí)際工程設(shè)計(jì)的情況。應(yīng)用分析是指判別結(jié)構(gòu)周期、變形、內(nèi)力和配筋的計(jì)算是否正確及滿足有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。這些判斷均與設(shè)計(jì)概念是否正確密切相關(guān)。 2.2.2結(jié)構(gòu)計(jì)算方法結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型要進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化程度與計(jì)算程序有關(guān)。簡(jiǎn)化模型要盡量符合真實(shí)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(shí)際結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型應(yīng)與軟件假定的力學(xué)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(jì)算在考慮側(cè)向荷載分配時(shí)，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(jìn)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(jìn)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(jìn)行分配。具體采用那種方法進(jìn)行計(jì)算，和結(jié)構(gòu)的樓（屋）面的整體剛度有關(guān)，剛性樓（屋）面應(yīng)采用3）進(jìn)行計(jì)算，半剛性樓（屋）面應(yīng)采用2）進(jìn)行計(jì)算，柔性樓（屋）面應(yīng)采用1）進(jìn)行計(jì)算。樓（匿面）板是傳遞水平力的主要構(gòu)件，程序計(jì)算中采用的簡(jiǎn)化模型，必須符合實(shí)際情況，樓面剛度的大小，應(yīng)根據(jù)樓（屋）面結(jié)構(gòu)板的厚度、配筋、開洞和錯(cuò)層情況，經(jīng)過設(shè)計(jì)者用概念來判定。 2.2.4其它在結(jié)構(gòu)電算過程中，還應(yīng)根據(jù)具體情況，對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的自振周期進(jìn)行折減。對(duì)軸向變形和剪切切變形的影響，現(xiàn)澆樓（屋面）板對(duì)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(jì)算長(zhǎng)度等問題的考慮，都必須建立在正確的設(shè)計(jì)概念的基礎(chǔ)上，不可盲目套用程序或不做分析按計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則后果不堪設(shè)想，應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。 3房屋構(gòu)造設(shè)計(jì)中的裂縫控制的具體措施長(zhǎng)期以來，設(shè)計(jì)和構(gòu)造一直是控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要措施,設(shè)計(jì)構(gòu)造對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的影響主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、配筋和構(gòu)造縫設(shè)置3個(gè)方面，在設(shè)計(jì)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(yīng)力集中。對(duì)高低相差較大和地基土層相差過大的建筑，要合理進(jìn)行空間布置和設(shè)置沉降縫；在構(gòu)件的特殊部位合理設(shè)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(shè)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(shè)計(jì)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(shí)，宜在凹口處邊緣設(shè)置拉梁，凹口周邊的樓板應(yīng)適當(dāng)加厚并加強(qiáng)配筋，樓板負(fù)筋宜拉通。要嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范控制房屋的長(zhǎng)度，當(dāng)長(zhǎng)度超過規(guī)范規(guī)定數(shù)值不大時(shí)，可在中部設(shè)置收縮后澆帶。后澆帶一般設(shè)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(yīng)將梁、墻和板完全分開，鋼筋仍宜連續(xù)配置。當(dāng)房屋長(zhǎng)度超出規(guī)范規(guī)定數(shù)值較大時(shí)，宜設(shè)變形縫。當(dāng)建筑物群房和主樓的高差較大時(shí)，應(yīng)在群房和主樓之間設(shè)置沉降縫或后澆帶，這樣可以減小因基礎(chǔ)沉降而產(chǎn)生的裂縫。對(duì)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(dāng)水平長(zhǎng)度超過12m時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，間距應(yīng)≤12m。當(dāng)房屋長(zhǎng)度大于40m時(shí)，可在樓板中部設(shè)置設(shè)置后澆帶，以減少混凝土收縮應(yīng)力及溫度影響。對(duì)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(duì)現(xiàn)澆構(gòu)件的最小厚度，應(yīng)加以限制，對(duì)現(xiàn)澆板板厚宜取≥L/30~L/35（L為板的計(jì)算跨度），一般民用建筑不宜小于100mm（還應(yīng)考慮到樓板內(nèi)暗埋管線直徑的影響），根據(jù)工程實(shí)踐，板厚較薄時(shí)宜出現(xiàn)收縮裂縫，對(duì)不同的構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定限制其最小厚度。 3.1.3混凝土強(qiáng)度等級(jí)選用混凝土強(qiáng)度等級(jí)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(qiáng)度等級(jí)不宜大于C30，現(xiàn)澆梁與樓板的的混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜一致。當(dāng)柱和墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于梁和板時(shí)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)與柱和墻相同，梁和柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同時(shí)節(jié)點(diǎn)的做法。 3.1.4配筋設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)奶岣邩?gòu)件的配筋率，對(duì)控制構(gòu)件的裂縫寬度很有效。在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010.2002）中，對(duì)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(duì)梁和板等不同構(gòu)件，規(guī)范對(duì)其配筋率和鋼筋間距都有明確規(guī)定，對(duì)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(duì)減小構(gòu)件裂縫。所以嚴(yán)格按規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行構(gòu)造配筋和設(shè)置間距（包括受力和構(gòu)造配筋），對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制起至關(guān)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(duì)板面無負(fù)筋的區(qū)域，可以將板的支座負(fù)筋拉通，也可以在板無負(fù)筋的區(qū)蟛噬曬己置雙向鋼筋網(wǎng)，與板負(fù)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(yáng)角變形應(yīng)力集中的地方，宜增設(shè)雙層雙向間距100mm的配筋，其范圍為板跨度的1/4，或增設(shè)5Φ10mm放射鋼筋。3.1.5管線和洞口布置當(dāng)樓板中有預(yù)埋管線時(shí)，應(yīng)在管線的上面布置鋼絲網(wǎng)片，板中的預(yù)埋管線直徑不得大于板厚的l/3，且不應(yīng)超過50mm，管壁至樓板上下邊緣的凈距不應(yīng)小于25mm，板中預(yù)埋的管線在交叉時(shí)，應(yīng)采用線盒，不應(yīng)將管線交叉疊放在一起。當(dāng)樓板上有開洞時(shí)，洞口周邊必需做必要的加強(qiáng)措施，洞口尺寸≤300mm時(shí)，板內(nèi)鋼筋應(yīng)從洞口繞過，不得切斷；當(dāng)300mm﹤洞口尺寸≤1000mm時(shí)的配筋構(gòu)造；當(dāng)洞口尺寸﹥1000mm時(shí)，應(yīng)在洞口邊增設(shè)邊梁。當(dāng)剪力墻的洞口尺寸≤800mm時(shí)，為防止剪力墻的小洞口角裂，應(yīng)沿洞口周邊進(jìn)行水平筋和縱向鋼筋的補(bǔ)強(qiáng)，并加設(shè)斜筋，配筋構(gòu)造；當(dāng)剪力墻的洞口尺寸﹥800mm時(shí)，應(yīng)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(dāng)在梁腰上預(yù)留孔洞時(shí)，應(yīng)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(shè)箍筋和斜筋，配筋構(gòu)造。 4結(jié)語(yǔ) 綜上所述，在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要靈活的運(yùn)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(duì)建筑物進(jìn)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(yīng)力效應(yīng)，通過正確的受力分析，采取合理的設(shè)計(jì)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(dá)到控制和減少裂縫的目的。 參考文獻(xiàn)： [1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997. 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