二級專業(yè)結(jié)構(gòu)輔導(dǎo):現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫差、收縮裂縫的控制

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現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁、板產(chǎn)生裂縫的原因,綜合起來可以分為兩大類:一是由設(shè)計(jì)失誤、施工失誤、使用功能的改變或超載等原因所引起的結(jié)構(gòu)性裂縫,二是由混凝土本身的收縮或溫差變形所產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)性裂縫。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)及大量的工程實(shí)踐表明,一般工程中結(jié)構(gòu)性裂縫僅占小部份,約為20%,大部分為收縮和溫差裂縫,約占80%,這些非結(jié)構(gòu)性的溫差和收縮裂縫,應(yīng)該通過設(shè)計(jì)和施工階段采取相應(yīng)的技術(shù)措施預(yù)防,從而將其控制到盡可能少的程度。
     1 工程實(shí)例
     某框架住宅樓八層,層高3m,總長68.9m,進(jìn)深12.3m,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度C25,客廳板厚130mm,外懸挑板厚80mm,其它均為100mm,該工程竣工后在使用過程中發(fā)現(xiàn)部分板和梁側(cè)開裂,板裂縫大多數(shù)貫通,梁側(cè)的裂縫中間寬,梁頂、梁底很_細(xì),甚至消失,同一部位基本每層都有,寬度約0.2~0.6mm,如圖1所示。
     經(jīng)檢測混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度C25,配筋基本合理,但各層樓板的實(shí)際厚度因施工控制不嚴(yán)普遍未能滿足設(shè)計(jì)要求,平均比原設(shè)計(jì)板厚小9%,經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算,結(jié)果表明,樓板的承載力可滿足規(guī)范細(xì)和使用要求,綜合分析,混凝土的收縮和溫差變形是產(chǎn)生裂縫的主要原因。
     2 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常見收縮和溫差裂縫的一般規(guī)律和防治措施。
     大量的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn),建筑物產(chǎn)生溫差和收縮裂縫所在位置和構(gòu)件的部位與型式基本相同及類似,這就提示了我們要找出其內(nèi)在規(guī)律,并予以預(yù)防和治理。以下筆者對常見溫差和收縮裂縫的多發(fā)位置進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的防治措施:
     2.l 建筑物兩端樓梯間處平面剛度較小的樓板,一般裂縫平行于板的長邊并貫通梁側(cè)。見圖la,預(yù)防和控制措施;加厚該處的樓板厚度,板面的負(fù)筋除滿足計(jì)算配筋要求之外并應(yīng)≥Φ8@200雙向拉通,梁兩側(cè)加設(shè)縱向構(gòu)造腰筋。
     2.2 房屋四大角裂縫,產(chǎn)生的原因主要是溫差及收縮產(chǎn)生的應(yīng)力向兩端跨四大角迭加并往外反復(fù)擠壓而引起,一般呈45°角,距板角約600~1200mm,常見上下貫通,見圖幾,預(yù)防和控制措施:該板除滿足計(jì)算配筋要求之外,在整塊板的板鋼板跨度大小增設(shè)雙向Φ6或Φ8鋼筋網(wǎng),可有效地防止板的裂縫。
     2.3 框架平面柱外即懸挑部份的梁板,裂縫一般平行于板的短邊并貫通封口梁側(cè),產(chǎn)生的主要原因是該位置的構(gòu)件受外界溫差和收縮變形影響的應(yīng)力大,但約束的條件比室內(nèi)小,故此,外露梁板是溫差和收縮裂縫的多發(fā)區(qū)域,見圖1,預(yù)防和控制措施:板面筋雙向拉通。
     2.4 屋面是溫差和收縮變形裂縫產(chǎn)生較多的地方,要預(yù)防控制治理這些裂縫應(yīng)采取如下措施:a所有板面負(fù)筋不切斷,如接受力情況須切斷,應(yīng)全部另行加設(shè)雙向Φ6@200構(gòu)造筋小取消屋面多跨連梁的架立筋,改由支座負(fù)筋貫通全梁。
     2.5 樓面和屋面縱向梁產(chǎn)生溫差和收縮裂縫的位置,往往是在梁側(cè)的中間處而且裂縫較大,但梁底和梁面則很細(xì)甚至觀察不到,這個問題主要是梁的縱向構(gòu)造腰筋的設(shè)置問題,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ10-89(以下簡稱規(guī)范)規(guī)定“當(dāng)梁截面高度超過700mm時在梁的兩側(cè)沿高度每隔300-400mm,設(shè)置直徑不少于Q10的縱向構(gòu)造腰筋”,筆者認(rèn)為應(yīng)根據(jù)具體工程尤其是我國南方氣候特.點(diǎn)作相應(yīng)的加強(qiáng)調(diào)整,以預(yù)防和控制梁側(cè)的溫差和收縮裂縫,建議作如下配置:天面縱向的梁及各層框架平面柱外的梁,每側(cè)沿高度每隔200mm設(shè)Iφ12構(gòu)造腰筋,其它部分的梁側(cè)沿高每隔250mm設(shè)Iφ12縱向構(gòu)造腰筋。
     3 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采取相應(yīng)的預(yù)防和控制措施
     3.1 合理設(shè)置伸縮縫和后澆帶
     (1)同一材料性質(zhì)的收縮和膨脹線性系數(shù)為一定值時,其面積越大、體形越大,收縮或溫差應(yīng)力引起的變形及產(chǎn)生裂縫的可能性就越大,因此現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理設(shè)置伸縮縫是控制混凝土收縮和溫差變形產(chǎn)生裂縫的有效措施。規(guī)范規(guī)定了各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫的間距,但是,目前有相當(dāng)部分的工程超出了規(guī)范的控制范圍,如現(xiàn)澆式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)置間距為55米,但有些工程的長度在60-70m都不設(shè)伸縮縫,難免出現(xiàn)問題。設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范的規(guī)定要求,并應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候及具體工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適當(dāng)減小伸縮縫的間隔,以有效地防止和控制混凝土的開裂。
     (2)后澆帶是當(dāng)建筑物較長,又不便設(shè)伸縮縫時所采用的防止和控制混凝土收縮和溫差變形產(chǎn)生裂縫的一種方法,但從工程的實(shí)踐中,有部分裂縫就發(fā)生在后澆帶的位置,究其原因除了施工過程處置不當(dāng)之外,設(shè)計(jì)方面也有留設(shè)位置不合理及欠缺針對性、設(shè)計(jì)施工大樣圖和施工要求不詳細(xì)、不明確等不妥之處。筆者建議應(yīng)將后澆帶設(shè)置在平面剛度變化大及其他有實(shí)際意義之處,精心設(shè)計(jì)施工大樣圖,并明確其施工技術(shù)要求。
     3.2 采取適當(dāng)增加板厚及構(gòu)件構(gòu)造配筋的技術(shù)措施
     (1)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,鋼筋在抵抗和控制收縮和溫差變形產(chǎn)生的裂縫發(fā)揮著積極的作用,規(guī)范除對混凝土構(gòu)件的縱向配筋規(guī)定了最小配筋率,還規(guī)定當(dāng)溫度和收縮等因素對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響時,需要適當(dāng)增加構(gòu)件的最小配筋率,但是一些設(shè)計(jì)人員沒有予以重視。我國南方夏、秋季晝?nèi)諟夭钌醮?,熱脹冷縮的惡性循環(huán)是造成混凝土產(chǎn)生非結(jié)構(gòu)性溫差和收縮裂縫的主要原因,部分工程實(shí)踐證明往往裂縫較多的構(gòu)件配筋率較小,為此在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮具體工程的氣候特點(diǎn)和建筑物的不同部位(如外露構(gòu)件),適當(dāng)增加構(gòu)件配筋。
     (2)常見收縮和溫差裂縫多與樓面、屋面板的厚度設(shè)置密切相關(guān),筆者認(rèn)為如果設(shè)計(jì)時只計(jì)算豎向荷載不考慮溫差和收縮變形對樓板,特別是對屋面板和框架平面以外板的影響,不考慮抵抗溫度的應(yīng)力,而將板厚取得較薄用u度差,則難以避免在溫差和收縮應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生裂縫,為此建議無論計(jì)算結(jié)果如何,即使板跨較小,板厚均應(yīng)≥100毫米,且板面負(fù)筋雙向拉通。