建筑结构裂缝的设计控制

俞道洲 郭 鲁

建筑工程裂缝控制应采取预防为主的方针;应从建筑材料质量控制和选用、建筑裂缝控制设计、建筑工程施工和使用等方面综合采取措施。下面仅从设计方面谈谈裂缝控制:

1)建筑工程设计单位,执行有关设计标准中关于控制裂缝的规定,并应结合具体工程给出非荷载因素引起裂缝的控制措施。

2)建筑工程使用中,实施在建筑工程的荷载不得超过设计荷载,增层和增加建筑工程荷载的改造和装修,应考虑建筑结构及其构件的变形或产生裂缝的影响。

3)建筑工程的基础和主体结构设计应采取加强整体性的方案,对于建在软弱地基土上的建筑,宜采取整体性能好的基础形式或采取加强基础整体性的措施。

4)在抗震设防区,建筑工程的场地选择,液化土和软土地基的处理,应符合GB 50011-2001建筑抗震设计规范的有关规定。

5)建筑基础的选型与设计,应考虑上部结构重力荷载所引起沉降及其可能的不均匀沉降,并应尽量减少建筑基础的不均匀沉降。

6)当新建工程附近存在已有建筑时,新建建筑工程的设计,应考虑新建工程的沉降对已有建筑的影响,应根据已有建筑的类型和基础沉降的影响程度采取留置足够的距离或采取沉降量小的基础形式以及增设护坡桩等。

7)建筑工程的平、立布置宜规则,对于平面凸凹引起的应力集中部位,应采取防止和减轻裂缝的措施。

8)减轻砌体结构裂缝的设计具体措施:应按现行国家标准,“建筑节能标准”做好屋面的保温与隔热,以减少温差,从而降低砌体的温度应力,此项措施是控制砌体结构温度裂缝的最根本措施。按砌体结构设计规范的规定设置伸缩缝,特别是在温差大、气候干燥、蒸发量大的地区,控制砌体结构的伸缩缝距离也是非常重要的;屋面保温(隔热层)或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝,分隔缝间距不宜大于6m,并与女儿墙隔开,其缝宽不小于30mm。采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖和瓦材屋盖。顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁,并沿内外墙拉通,房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋。房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱。顶层窗台下,设置钢筋混凝土通梁。提高墙体,特别是顶层墙体的抗拉强度,顶部两层墙体的砂浆强度等级宜采用M5.0以上。砖混结构房屋伸缩缝由按50m的砌体伸缩缝间距改为按35 m的混凝土结构伸缩缝间距设置。顶层横墙在顶板以下1000mm内,每3皮砖配2Φ6通长拉结筋,墙体与构造柱间拉结筋按规程设置。山墙沿窗下口增设一道圈梁。砖砌女儿墙,不论高低,均应设置构造柱。构造柱间距不宜大于4 m,构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一起。控制内外纵墙的开洞率,窗间墙的宽度不应小于1500mm。顶层墙体有门窗等洞口时,在过梁上的水平灰缝内设置2道～3道焊接钢筋网片或2φ 6钢筋,并应伸入过梁两端墙内不小于600mm。顶层挑梁末端下墙体灰缝内设置三道焊接钢筋网片(纵向钢筋不宜少于2φ 4,横向间距不宜大于 200mm)或2φ 6钢筋,钢筋网片或钢筋应自挑梁末端伸入两边墙体。在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层,滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片等;对于长纵墙,可只在其两端的2开间～3开间内设置,对于横墙可只在其两端各1/4范围内设置(l为横墙长度)。支撑在墙上的钢筋混凝土大梁下应设梁垫。

9)减小地基不均匀沉降的具体措施:a.地基处理应根据软弱地基的构成及特性以及上部结构的设计要求,选用适宜的处理方法对软弱地基进行处理,达到提高地基承载力和减小变形、减小不均匀沉降的目的。b.沉降监测控制。当基础施工至±0.000m部位时,必须按规范规定位置数量设置沉降观测点,并在主体施工阶段,每一结构层沉降观测一次,主体封顶后进行百日观测。根据百日平均沉降值确定后继观测周期,直至沉降趋于稳定。c.建筑措施。纵横向结构构件的布置宜均匀对称,沿平面不错位,沿竖向上下边应力求结构平面及体形规整,避免结构平面上的突然变化;同一结构单元不宜部分采用天然地基,部分采用桩基。d.结构措施。采用天然地基和人工处理地基的建筑,除应进行持力层土的承载力计算外,还应进行软弱下卧层验算及地基变形验算,沉降值和局部倾斜值应满足规范要求。条形基础或筏形基础当采用天然地基或人工地基时,在±0.000m标高处必须在纵横向内外墙设置贯通的钢筋混凝土地圈梁,相应平面内位置基础应采用肋梁式,并在适当位置设置短构造柱,将±0.000m地圈梁与基础底板肋梁拉结,与基础墙一体形成组合梁。

10)减少混凝土结构裂缝设计的具体措施。

混凝土结构应按设计规范的规定,根据荷载效应验算构件的抗裂性能及裂缝宽度,并符合有关裂缝控制的要求。按规范留设伸缩缝。

预应力构件利用混凝土的预压应力值可有效地控制结构的裂缝,但应通过有效的构造措施消除拼接裂缝。

混凝土结构设计时应充分考虑偶然作用和非正常工况所引起的效应,并在相关部位采取合理的加强措施。

在现浇简支板的支座部位,宜配适量的负弯矩板面钢筋。

按单向板设计的现浇混凝土板,其支座负弯矩钢筋向跨内延伸的长度应能覆盖负弯矩区域并满足钢筋锚固的要求;跨中的正弯矩钢筋宜全部伸入支座;沿长边方向应布置足够的横向构造钢筋。

处于温度—收缩应力较大区域的混凝土连续板,其板底伸入支座正弯矩钢筋的锚固长度宜在5d的基础上适当增加。

当现浇板的受力钢筋与梁平行时,应沿梁长度方向配置间距不大于200mm且与梁垂直的上部构造钢筋,该构造钢筋伸入板内的长度从梁边算起每边不宜小于板计算跨度的1/4。

板中受力钢筋间距:当板厚 h≤150mm时,不宜大于200mm;当板厚 h＞150mm时,不宜大于1.5h,且不宜大于250mm。

对于支承结构整体浇筑或嵌固在承重砌体墙内的现浇混凝土板,应在板边上部设置垂直于板边的构造钢筋。

嵌固在砌体墙内的现浇混凝土板,其上部与板边垂直的构造钢筋伸入板内的长度,从墙边算起不宜小于板短边跨度的1/7;在两边嵌固于墙内的板角部分,应配置双向上部构造钢筋,该钢筋伸入板内的长度从墙边算起不宜小于板短边跨度的1/4;沿板的受力方向配置的上部构造钢筋,其截面面积不宜小于该方向跨中受力钢筋截面面积的1/3;沿非受力方向配置的上部构造钢筋,可根据经验适当减少。

当柱角或墙的阳角凸出到板内且尺寸较大时,板边上部构造钢筋伸入板内的长度应从柱边或墙边算起,且应按受拉钢筋锚固在梁内、墙内或柱内。

单向板应沿垂直力方向布置分布钢筋,对集中荷载较大的情况,分布钢筋的截面面积应适当增加,其间距不宜大于200mm。

在温度、收缩应力较大的现浇板区域内,钢筋间距宜取为150mm～200mm,并应在板的未配筋表面布置温度收缩钢筋。板的上、下表面沿纵、横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%。

在钢筋混凝土悬臂梁中,应有不少于两根上部钢筋伸至悬臂梁外端,并向下弯折不小于12d;其余钢筋应按规范要求向下弯折45°或60°,并按规范要求在梁的下边锚固,锚固长度不小于10d。

当梁端实际受到部分约束但按简支计算时,应在支座区上部设置纵向构造钢筋,其截面面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的1/4,且不应少于两根;该纵向构造钢筋自支座边缘向跨内伸出的长度不应小于0.2l0,此处,l0为该跨的计算跨度。

钢筋混凝土剪力墙的水平和竖向分布钢筋的配筋率 ρsh(ρsh=Ash/(bSv),其中,Sv为水平分布钢筋的间距)和 ρsv(ρsv=Asv/(bSh),其中,Sh为竖向分布钢筋的间距)不应小于0.2%;剪力墙中温度、收缩应力较大的部位,水平分布钢筋的配筋率宜适当提高;钢筋混凝土剪力墙水平及竖向分布钢筋的直径不应小于8mm,间距不应大于300mm。

厚度大于160mm的剪力墙应配置双排分布钢筋网;厚度不大于160mm的剪力墙宜在其重要部位配置双排分布钢筋网。

剪力墙洞口上、下两边的水平纵向钢筋除应满足洞口连梁正截面受弯承载力要求外,尚不应少于2根直径不小于12mm的钢筋;钢筋截面面积分别不宜小于洞口截断的水平分布钢筋总截面面积的一半。纵向钢筋自洞口边伸入墙内的长度不应小于规范规定的受拉钢筋锚固长度。

剪力墙洞口连梁应沿全长配置箍筋,箍筋直径不宜小于6mm,间距不宜大于150mm。在顶层洞口连梁纵向钢筋伸入墙内的锚固长度范围内,应设置间距不大于150mm的箍筋,箍筋直径宜与该连梁跨内箍筋直径相同。同时,门窗洞边的竖向钢筋应按受拉钢筋锚固在顶层连梁高度范围内。

这是我个人对裂缝的认识,不足之处愿与大家交流学习。

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]JGJ 137-2001,J129-2001,多孔砖砌体结构技术规程[S].

[3]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[4]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[5]牛秀美,吝 帅.浅谈混凝土裂缝的成因及预防[J].山西建筑,2008,34(24):165-166.