從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)談現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的裂縫問(wèn)題

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　　摘要： 針對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板易出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面對(duì)產(chǎn)生裂縫的各種因素進(jìn)行了探討，并提出了在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行裂縫控制的建議和方法。

　　關(guān)鍵詞： 現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板 裂縫 建筑設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　前言

　　自2001年起，蘇州市從預(yù)制多孔板體系轉(zhuǎn)化為商品混凝土現(xiàn)澆板體系。現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板在結(jié)構(gòu)安全和使用功能方面比預(yù)制板優(yōu)越得多，但是樓板裂縫不斷增加。大多數(shù)消費(fèi)者對(duì)樓板裂縫缺乏必要常識(shí)，統(tǒng)視裂縫為有害，擔(dān)心樓板裂縫會(huì)引起建筑物倒塌，反應(yīng)極為敏感，近年來(lái)成為投訴熱點(diǎn)，開發(fā)商和承包商為此的花費(fèi)亦逐年增長(zhǎng)。

　　1樓板裂縫種類

　　1.1　溫差裂縫

　　由于溫度變化，混凝土熱脹冷縮而形成的裂縫，此類裂縫一般集中在東西單元的房間、屋面層和上部樓層的樓板。

　　1.2　結(jié)構(gòu)裂縫

　　雖然現(xiàn)澆樓板承載力均能滿足設(shè)計(jì)要求，但由于預(yù)制多孔板改為現(xiàn)澆板后，墻體剛度相對(duì)增大，樓板剛度相對(duì)減弱。因此在一些薄弱部位和截面突變處。往往容易產(chǎn)生一些結(jié)構(gòu)性裂縫。例如：墻角應(yīng)力集中處的45°斜裂縫，板端負(fù)彎矩較大處的板面裂縫等。

　　1.3　構(gòu)造裂縫

　　PVC管處混凝土厚度減薄，容易出現(xiàn)裂縫。

　　1.4　收縮裂縫

　　混凝土在塑性收縮、硬化收縮、碳化收縮、失水收縮過(guò)程中易形成各種收縮裂縫。

　　2　樓板裂縫形式

　　2.1   45°斜裂縫

　　該裂縫常出現(xiàn)在墻角，特別是房屋東西兩端房間，呈45°狀。

　　2.2   縱橫向裂縫

　　該裂縫一般出現(xiàn)在跨中、負(fù)彎距鋼筋端部、PVC電線暗管敷埋處。

　　2.3　長(zhǎng)裂縫

　　一部分房間預(yù)埋PVC電線管的板面上出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度達(dá)0.2mm～0.3mm左右。這種裂縫僅在樓板表面出現(xiàn)，板底無(wú)裂縫。

　　2.4　不規(guī)則裂縫

　　裂縫出現(xiàn)部位形狀無(wú)規(guī)則，或散狀或龜裂狀。一般發(fā)生在房屋東西兩單元、閣樓頂層部位。

　　3　從設(shè)計(jì)方面分析裂縫及控制方法

　　造成現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板開裂有設(shè)計(jì)原因、施工原因、材料原因，本文僅從設(shè)計(jì)方面進(jìn)行探討。隨著蘇州市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、建設(shè)任務(wù)增加迅猛，勘察設(shè)計(jì)隊(duì)伍亦在迅速擴(kuò)大，蘇州市住宅工程相當(dāng)一部分是由乙級(jí)和丙級(jí)設(shè)計(jì)單位承擔(dān)。住宅設(shè)計(jì)單位低資質(zhì)，或由于設(shè)計(jì)市場(chǎng)管理的不到位，造成低資格設(shè)計(jì)人員掛靠設(shè)計(jì)，而掛靠單位收取一定比例管理費(fèi)后，就盲目蓋章、簽字，根本不對(duì)圖紙的結(jié)構(gòu)安全、合理性、完整性等認(rèn)真審核。結(jié)果是一部分住宅工程勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量低下，問(wèn)題較多。另一個(gè)原因是，一些住宅開發(fā)商任意壓價(jià)，片面降低勘察設(shè)計(jì)費(fèi)，以收費(fèi)最低為主要條件選擇勘察設(shè)計(jì)單位，同時(shí)又不講合理設(shè)計(jì)時(shí)間，限期開工，逼迫提前出圖，造成施工圖設(shè)計(jì)深度不夠，問(wèn)題必然較多。

　　3.1　建筑設(shè)計(jì)方面原因

　　3.1.1　斜屋面、露臺(tái)、外墻節(jié)能保溫措施不夠

　　蘇州市一年之內(nèi)氣溫變化較大，夏季最高溫度可達(dá)40℃以上，冬季溫度最低可達(dá)-4℃～-7℃，由于夏天室外墻體溫度高于室內(nèi)溫度，結(jié)構(gòu)外墻面在高溫下發(fā)生受熱膨脹，如果未采取保溫措施，在縱橫兩外墻面的變形對(duì)樓板產(chǎn)生牽拉作用下，東西單元的臥室樓板被外墻向外拉伸就容易引起裂縫。同樣，屋面如果未設(shè)保溫層，頂層樓板會(huì)因熱脹冷縮而引起開裂。

　　目前與溫度有關(guān)的裂縫計(jì)算公式有：

　　連續(xù)式約束條件下樓板、長(zhǎng)板、剪力墻、大底板等最大約束應(yīng)力計(jì)算公式：

　　σ＊xmax＝－EaT1－1chβL2H（t，τ） （1）

　　或按時(shí)間增量的計(jì)算公式：

　　σ＊xmax＝∑ni＝1Δσi＝-a1－u∑ni＝11－1chβiL2ΔTiεi （t）H（t，τ） （2）

　　當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，可求出裂縫間距：

　　Lmax＝2EHCxarcchaTaT－εp （3）

　　L＝1.5EHCxarcchaTaT－εp （4）

　　Lmin＝12Lmax （5）

　　式中，T-包含水化熱、氣溫差及收縮當(dāng)量溫差。同號(hào)疊加，異號(hào)取差，由此可見，夏天炎熱季節(jié)澆筑混凝土到秋冬冷縮都是疊加的，拉應(yīng)力較大；

　　H（t，τ）-松弛系數(shù)。在保溫保濕養(yǎng)護(hù)條件下（緩慢降溫即緩慢收縮），松弛系數(shù)取0.3或0.5，當(dāng)寒潮襲擊或激烈干燥時(shí)，松弛系數(shù)取0.8，應(yīng)力接近彈性應(yīng)力，容易開裂；

　　T＝T1+T2+T3（T1為水化熱溫差、T2為氣溫差、T3為收縮當(dāng)量差，取代數(shù)和）；

　　εp-混凝土的極限拉伸。級(jí)配不良，養(yǎng)護(hù)不佳，取0.5×10-4～0.8×10-4；正常級(jí)配，一般養(yǎng)護(hù)，取1.0×10-4～1.5×10-4；級(jí)配良好，養(yǎng)護(hù)優(yōu)良，取2×10-4；配筋合理（細(xì)一些，密一些），可提高極限拉伸20%～40%.構(gòu)造配筋宜為0.3%～0.5%；

　　H-均拉層厚度（強(qiáng)約束區(qū)）；

　　E-混凝土彈性模量；

　　Cx-水平約束系數(shù)；

　　ch、arcch-雙曲余弦及雙曲余弦反函數(shù)；

　　a-線膨脹系數(shù)，一般情況εp≤｜aT｜，當(dāng)εp≥｜aT｜時(shí)取εp＝｜aT｜，［L］→∞。

　　裂縫開展寬度：

　　δf＝2ψEHCxaTthβL2 （6）

　　δfmax＝2ψEHCxaTthβLmax2 （7）

　　δf＝2ψEHCxaTthβLmin2 （8）

　　β＝CxEH （9）

　　式中，ψ-裂縫寬度經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

　　Cx-約束系數(shù)。

　　3.1.2　住宅長(zhǎng)度超長(zhǎng)

　　住宅平面超長(zhǎng)，由于溫差和材料變形，會(huì)造成墻體和樓板橫向開裂。僅就長(zhǎng)度而言，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度與應(yīng)力呈非線性關(guān)系，如結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度小于規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響很小。

　　3.1.3　平面形狀

　　當(dāng)住宅臥室沿長(zhǎng)度、寬度方向尺寸變化，由于樓板剛度不一致，會(huì)產(chǎn)生不相同變形，引起薄弱部位開裂。

　　3.2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面原因

　　3.2.1　近代國(guó)際上結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的功能必須滿足兩種狀態(tài)的要求：①承載力極限狀態(tài)，以保證結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生破壞，不失去平衡，不產(chǎn)生破壞時(shí)過(guò)大變形，不失去穩(wěn)定。②正常使用極限狀態(tài)，以確保結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生超過(guò)正常使用狀態(tài)的變形、裂縫及耐久性、振動(dòng)及其它影響使用的極限狀態(tài)。目前人們對(duì)第一極限狀態(tài)已給于足夠重視并嚴(yán)格執(zhí)行，而對(duì)第二種極限狀態(tài)卻經(jīng)常被忽視。

　　3.2.2　從鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板各種受力體系分析，無(wú)論是按單向板設(shè)計(jì)還是按雙向板設(shè)計(jì)，是單跨還是多跨連續(xù)板設(shè)計(jì)；無(wú)論是板端支承在磚墻上還是支承在過(guò)梁或剪力墻內(nèi)，受力狀態(tài)考慮都是局限于樓板平面的應(yīng)力變化（按彎矩配置抵抗正、負(fù)彎矩的受力鋼筋）、板平面的受剪變形。即使是考慮板端嵌固端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生彎矩，也只是考慮板平面彎曲或屈曲所產(chǎn)生的應(yīng)力。在樓板受力體系分析時(shí)，對(duì)于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間在三維空間中如何分配內(nèi)力、協(xié)調(diào)變形，根本沒有考慮。

　　3.2.3　目前不少設(shè)計(jì)人員只按單向板計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)配置樓板鋼筋，支座處僅設(shè)置分離式負(fù)彎矩鋼筋。由于計(jì)算受力與實(shí)際受力情況不符，單向高強(qiáng)鋼筋或粗鋼筋使混凝土樓面抗拉能力不均，局部較弱處易產(chǎn)生裂縫。部分設(shè)計(jì)人員對(duì)構(gòu)造配筋，放射筋設(shè)置不重視或不合理，薄弱環(huán)節(jié)無(wú)加強(qiáng)筋。

　　3.2.4　 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)板內(nèi)布線引起裂縫的構(gòu)造考慮不夠。住宅電器、電信快速發(fā)展的今日，現(xiàn)澆樓板內(nèi)暗敷PVC電線管越來(lái)越多，甚至有些部位三根交錯(cuò)疊放，兩根管交錯(cuò)疊放更為普遍。PVC管錯(cuò)疊處板的抗彎高度大大降低，從而減弱了板的抗彎性能。

　　3.2.5　對(duì)開口樓板，特別是開洞口比較大的雙向板，設(shè)計(jì)時(shí)往往只考慮樓板在豎向荷載作用下的洞口四周加強(qiáng)配筋。由于縱向的受力鋼筋被切斷，而忽視了板與墻體或板與梁的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題。這時(shí)如墻或梁的剛度較大，板的孔邊凹角處未必出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，開洞板易發(fā)生翹曲。

　　3.3　建筑設(shè)計(jì)控制措施

　　3.3.1　屋面與外墻采取保溫措施按照國(guó)外建筑設(shè)計(jì)常規(guī)的做法，屋面設(shè)保溫隔熱層，使屋面的傳熱系數(shù)≤1.0W／m2·K；外墻外表面或內(nèi)表面相應(yīng)設(shè)置保溫隔熱層，同時(shí)外墻面宜采用淺色裝飾材料，增強(qiáng)熱反射，減少對(duì)日照熱量吸收。根據(jù)蘇州的具體情況，屋面和外墻的保溫設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)熱工計(jì)算，在不同季節(jié)均應(yīng)能達(dá)到《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《江蘇省民用建筑熱環(huán)境與節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，徹底解決溫度應(yīng)力對(duì)屋面和墻體的破壞。

　　3.3.2　適當(dāng)控制建筑物長(zhǎng)度根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）和《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003-2001），為避免結(jié)構(gòu)由于溫度收縮應(yīng)力引起的開裂，宜采取設(shè)置伸縮縫，伸縮縫間距為30m～50m.多層住宅建筑控制長(zhǎng)度建議不大于50m，高層應(yīng)控制在45m以內(nèi)。如果超過(guò)此長(zhǎng)度，應(yīng)設(shè)置伸縮縫。超長(zhǎng)量不大時(shí)，可采用設(shè)置后澆帶的方法，以減少混凝土樓板收縮開裂。

　　3.3.3　住宅平面形狀控制住宅平面宜規(guī)則，避免平面形狀突變。當(dāng)樓板平面形狀不規(guī)則時(shí)，宜設(shè)置梁使之形成較規(guī)則平面。當(dāng)平面有凹口時(shí)，凹口周邊樓板的配筋宜適當(dāng)加強(qiáng)。

　　3.4　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制措施

　　3.4.1　工程裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土的變形。如溫度變形、收縮變形、基礎(chǔ)不均勻沉降變形等，此類因變形引起的裂縫幾乎占到全部裂縫的80%以上。在變形作用下，結(jié)構(gòu)抗力取決于混凝土的抗拉性能，當(dāng)抗拉應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算裂縫間距，再根據(jù)裂縫間距驗(yàn)算裂縫寬度。

　　3.4.2　現(xiàn)澆板板厚宜控制在跨度的1／30，最小板厚不宜小于110mm（廚房、浴廁、陽(yáng)臺(tái)板最小厚度不小于90mm）。有交叉管線時(shí)板厚不宜小于120mm.

　　3.4.3　樓板宜采用熱軋帶肋鋼筋以增加其握裹力，不宜采用光圓鋼筋。分布鋼筋與構(gòu)造鋼筋宜采用變形鋼筋來(lái)增加與現(xiàn)澆混凝土的握裹力，對(duì)控制樓板裂縫的效果較好。

　　3.4.4　設(shè)計(jì)時(shí)注意構(gòu)造鋼筋的布置十分重要，它對(duì)構(gòu)造抗裂影響很大。對(duì)連續(xù)板不宜采用分離式配筋，應(yīng)采用上、下兩層連續(xù)式配筋；洞口處配加強(qiáng)筋；對(duì)混凝土梁的腰部增配構(gòu)造筋，其直徑為8mm～14mm，間距約200mm.

　　3.4.5　屋面層陽(yáng)角處、東西單元房間和跨度≥3.9m時(shí)，應(yīng)設(shè)置雙層雙向鋼筋，陽(yáng)角處鋼筋間距不宜大于100mm，跨度≥3.9m的樓板鋼筋間距不宜大于150mm.跨度＜3.9m的現(xiàn)澆樓板上面負(fù)彎矩鋼筋應(yīng)一隔一拉通。外墻轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)置放射鋼筋，配筋范圍應(yīng)大于板跨的1／3，且長(zhǎng)度不小于2.0m，每一轉(zhuǎn)角處放射鋼筋數(shù)量不少于7根，鋼筋間距不宜大于100mm.

　　3.4.6　現(xiàn)澆樓板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜大于C30，特殊情況須采用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土或高強(qiáng)度等級(jí)水泥時(shí)，要考慮采用低水化熱的水泥和加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)，便于混凝土凝固時(shí)的水化熱釋放。

　　3.4.7　在預(yù)埋PVC電線管時(shí)，必須有一定的措施，PVC管要有支架固定，嚴(yán)禁兩根管線交叉疊放，確須交叉時(shí)應(yīng)采用專門設(shè)計(jì)的塑料接線盒，以防止塑料管在管線交叉對(duì)混凝土厚度削弱過(guò)多。在預(yù)埋電線管上部應(yīng)配置鋼筋網(wǎng)片，（4＠100mm寬度600mm）。若用鐵管作為預(yù)埋管時(shí)，宜采用內(nèi)壁涂塑黑鐵管，一方面既能保證黑鐵管（不鍍鋅鋼管）與混凝土的粘結(jié)力，同時(shí)也有利于穿線和不影響混凝土的計(jì)算高度。

　　3.4.8　后澆帶處理

　?。?）后澆帶應(yīng)設(shè)置在對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小部位，一般應(yīng)從梁、板的1／3跨部位通過(guò)或從縱橫相交部位或門洞口的連梁處通過(guò)。后澆帶間距不宜超過(guò)30m.

　　（2）后澆帶寬度為700mm～1000mm，板和墻鋼筋搭接長(zhǎng)度應(yīng)不低于45d，且同一截面受力筋搭接不超過(guò)50%.梁、板主筋不宜斷開，使其保持一定聯(lián)系性。

　　（3）后澆帶澆筑時(shí)間不宜過(guò)早，以能將混凝土總降溫及收縮變形完成一半以上時(shí)間為佳。從目前混凝土的收縮量來(lái)看，估計(jì)3～6月方能取得明顯效果，最短不少于45天。在蘇州這樣軟土地區(qū)，后澆帶澆筑時(shí)間應(yīng)在主體封頂以后，方可有效地釋放沉降的應(yīng)力。

　?。?）后澆帶中垃圾應(yīng)清理干凈，接縫應(yīng)密實(shí)，新老混凝土界面用1：1水泥砂漿接漿。后澆帶混凝土強(qiáng)度等級(jí)比原混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)，且采用微膨脹混凝土，以防止新老混凝土界面產(chǎn)生裂縫。

　?。?）后澆帶混凝土接縫宜設(shè)置企口縫，混凝土澆筑溫度盡量與原老混凝土澆筑時(shí)溫度一致。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫是工程常見的質(zhì)量通病，只有在設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)各影響因素考慮全面、細(xì)致，嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范，才能大大減少現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板產(chǎn)生裂縫的可能。