住宅建筑构件的裂缝研究与分析

杨晓波，胡珊珊

（1.蚌埠学院 机械与电子工程系，安徽 蚌埠 233030；2.六安职业技术学院 建筑工程系，安徽 六安 237020）

钢筋混凝土结构体的应用发展历史并不长，但发展非常迅速.由于住宅楼板裂缝现象频频出现，并可能对结构造成损伤，时常诱发房屋质量纠纷.统计资料显示非荷载裂缝几乎占了全部混凝土构筑物裂缝的80%以上，通过大量查阅有关混凝土内部应力方面的专著、教材[1]、规范和规程，对住宅裂缝产生的原因、预防裂缝的措施进行了简单阐述.

1 钢筋混凝土结构的研究背景

现代钢筋混凝土结构体的发展历史可以追溯到19世纪五六十年代.钢筋混凝土结构体自19世纪中叶开始使用后，由于混凝土和钢筋材料性能的不断改进，施工技术的进步使钢筋混凝土结构得到迅速发展.建筑用混凝土的发展简史可以追溯到古希腊、罗马时代，甚至可能在更早的古代文明中已经使用了混凝土及其胶结材料.现代钢筋混凝土的发展是随着世界钢产量的不断提高而发展起来，近百年来钢筋混凝土结构体的应用领域发展迅速.

我国钢筋混凝土结构的发展比较缓慢，改革开放30年来我国钢筋混凝土结构的设计水准已赶上世界先进水平.我国钢筋混凝土结构体的发展已为大跨度结构，多、高层建筑的发展开辟了一条新途径.我国建筑业发展很快，尤其是住宅产业发展迅速，2010年城镇新建住宅面积近13亿M2.但是，不容忽视的是目前我国住宅建筑传统的粗放式生产模式并未改变，技术创新能力弱，资源消耗大，建筑寿命短，事故频发，这些都与国家提出的节能减排、绿色环保要求还有很大的差距.

我国钢混结构的成功应用，例如：长江三峡水利枢纽工程，大坝高186m，坝体混凝土用量达1527万m3，是世界上最大的水利工程；上海金茂大厦金茂大厦高421米，共88层，于1998年落成，成为中国大陆最高的建筑，被誉为中华第一高楼的上海金茂大厦，堪称国际上现代建筑艺术的佳作，融现代气派、民族风格为一体……都是典型的范例.

2 钢筋混凝土裂缝分析

2.1 产生裂缝因素分析

钢筋混凝土结构裂缝直接影响房屋的抗震、耐火、抗拉压性能，降低房屋结构的承重能力，砌体裂缝的存在影响建筑的美观，并降低了房屋保温、防渗性能.现代房屋建筑设计主要是减少裂缝的产生，在设计、管理、施工、装修等方面要严格按照建筑规范实施.

目前以住宅的多、高层建筑为例，钢筋混凝土现浇板中的裂缝，大部分是由于在受力需要的配筋率较低的情况下，有利于防止表面裂缝，然而当配筋比较高时，约束应力较大，有时可导致构件开裂.由于混凝土自身存在凝缩和干缩，浇筑施工后农民工没有及时覆盖，受风吹日晒，表面水分蒸发过快，产生急剧收缩，混凝土与砌体结构养护强度达不到设计要求，也是开裂的原因之一.由于楼板支撑刚度差异造成模板支撑下沉变形过大，施工期间过度震动使支撑部位出现多次瞬间相对位移，拆模过早，混凝土硬化前过早承载或受到振动也将引起开裂.在住宅渗漏潮湿环境下为减少裂纹必须先表面封堵,封堵须用堵漏灵、堵漏王、水不漏等速凝材料.目前,出现裂纹后要嵌缝，常用的传统嵌缝材料有塑性材料,塑性材料有聚氯乙烯胶泥和塑料油膏等.还有表面涂抹外加剂拌合不均匀，混凝土搅拌时间不足，搅拌和运输时间过长，浇筑顺序不合理，浇筑速度过快，未能很好地保护楼板负筋，混凝土保护层过薄，也是产生裂纹的原因.目前，钢筋混凝土产生裂缝因素见图1.

图1 钢筋混凝土产生裂缝因素

2.2 住宅非荷载裂缝分析

在住宅建设中现浇板的裂缝也有一部分是在楼房的设计中，特别是电气专业，大多将照明、有线电视、通讯等所需的管线直接敷设于现浇板中，而且有时集中于某一处现浇板中的管线多达数十根，高度达3cm左右，也是引起裂缝应力的出现.影响裂缝形成的因素是多方面的，有设计原因、施工原因、材料原因、非荷载大小随机变化原因等.由于住宅建筑设计中忽略随机产生的非荷载作用，如风载荷、雨载荷、雪载荷、地震载荷等对裂缝的影响也比较大，非荷载形成的构件的裂缝见图2.

图2 非荷载形成的构件的裂缝

3 预制板裂缝案例分析

3.1 案例

某厂有9幢7层钢筋混凝土结构住宅，均采用预制空心楼板、平屋顶，总建筑面积30290M2.该工程1994年5月开工，同年底完成主体工程，翌年内部装修.在1995年6月进行工程质量检查时，发现其中一幢住宅有多处预制楼板起鼓、酥裂情况.随后，该住宅楼板损坏愈来愈严重，其它四幢住宅也相继不同程度地出现破坏迹象，至1995年10月，在这五幢住宅楼房铺设的2190块预制板中，已完成塌落有的有48块，明显存在隐患的有1065块，这些预制板都由某乡镇企业生产，质量问题也最严重，楼板裂缝、酥裂和塌落的情况见图3.

图3 预制混凝土空心板破坏情况

3.2 案例从三方面研究与分析

3.2.1 从材料力学知识研究楼板构件产生裂缝、酥裂和塌落与构件刚度有关

材料的力学性能包括材料的内部结构：化学成分、制备工艺、内部缺陷和外部环境：载荷性质、应力状态、服役环境、形状尺寸分析裂缝产生的原因.从材料力学的理论上说安全性体现在构件的强度、刚度、稳定性.强度是构件在外载作用下，抵抗破坏的能力.刚度是构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力.稳定性是构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能力[3].首先从材料力学刚度条件看挠度方程、转角方程公式见1-1，1-2.

讨论：从材料力学的理论上看，荷载大，弯矩M大，挠度值偏大，但实际情况并不是这样.从实践看建筑结构裂缝分析刚度的定义不科学，刚度应是构件裂缝开展变形构件就不能用了.在从材料力学刚度条件公式上看，在计算中荷载只考虑到构件自重荷载弯曲变形的影响，没考虑非荷载作用如：风载荷、雨载荷、雪载荷、地震载荷等剪切变形的影响，公式中求挠度、转角的弯曲变形不太全面.

3.2.2 从钢筋混凝土结构理论分析楼板构件产生裂缝的应力分析

从钢筋混凝土结构的产生裂缝的应力与混凝土的不均匀性、荷载的可变性如风载荷、雨载荷、雪载荷、地震载荷以及截面尺寸偏差等因素有一定影响.预制楼板裂缝应力的出现、分布和开展宽度具有很大的随机性，预制楼板起鼓、酥裂、裂缝宽度随可变荷载作用时间长短也有关联.预制楼板起鼓、酥裂、裂缝宽度所产生的应力是由于钢筋与混凝土之间的粘结破坏也有关，出现相对滑移，产生应力集中，引起裂缝、裂缝宽度见图4.

图4 钢筋与混凝土处混凝土的裂缝、裂缝宽度

建议：从钢筋混凝土结构理论分析楼板构件的变形引起裂缝应力的问题，仅看到混凝土结构的抗拉强度是不全面的，更重要的是要看“材料的抗变形能力”，即材料的刚度问题.在装修中楼板构件的实践上看住宅装修电路、网线、水路等布线，预埋PVC电线管过多，当装修公司装修中预埋线管的直径较大，特别是多根线管的交叉处，从而引起应力集中，农民工施工不规范，楼板构件刚度降低，也是引起楼板构件裂缝、酥裂和塌落的一个不可忽略的影响.

建议国家要对装修公司工人进行建筑理论培训，国家要建立对装修工人资格等级证书考核机制.

3.2.3 从钢筋混凝土结构基本计算公式分析裂缝

预制楼板裂缝宽度是由于钢筋与混凝土之间的粘结破坏.出现相对滑移，引起裂缝处混凝土的回缩引起的.根据国内试验资料的分析结果，再按照粘结力的等效原则，平均裂缝间距,平均裂缝宽度[5]可按以下公式1-1，公式1-2计算.

式中：ρte——以受拉混凝土截面计算的有效配筋率

deq——纵向受拉钢筋的等效直径（mm）

式中:εsm、εcm——分别为纵向受拉钢筋重心处的平均拉应变和受压区边缘混凝土的平均压应变

σsk——裂缝截面处钢筋应力

σsm——裂缝之间钢筋平均应力σsm=ψσsk

ψ——裂缝间受拉应力不均匀系数，当ψ<0.2时，取ψ=0.2；当ψ>1.0时，取ψ=1.0

结论及建议：

由以上公式可知ωm主要与钢筋应力σsk，有效配筋率ρte及钢筋直径有主要关系，根据σsk，ρte及d三者的关系，《规范》给出了钢筋混凝土构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径图表（查规范），通常裂缝宽度的控制在实际工程中是用控制钢筋最大直径来满足.实践证明，以上两个公式对混凝土常见的裂缝设计中，对于结构上经常作用的可变荷载没有考虑，例如：水压力、风压力、地震荷载等.建议修改以上两个公式考虑可变荷载.

4 结束语

综上所述，结构的裂缝问题并不是一个无法跨越的难题，只要我们不断的进行理论和实践的研究，裂缝是可以得到有效控制的.虽然本文在理论和实践应用中提出了分析与建议，但具体设计与施工中还要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防裂缝处理措施，使裂缝对构件或结构的危害降到最小，以延长构筑物的使用寿命，从而使构筑物能够安全可靠地运行，为企业自身创造出更好的经济效益.

〔1〕丁大钧.钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝和刚度[M].南京：南京工业出版社，1986（7）：87-92.

〔2〕童光兵.砌体结构裂缝成因及预防措施[J].成都：四川建筑，2005，25(6)：111–113.

〔3〕杨伯源.材料力学[M].北京：机械工业出版社，2002.70-77.

〔4〕罗井国.钢筋混凝土水池设计的几个问题[J].哈尔滨：黑龙江冶金，2003(3)：33-34.

〔5〕白国良，王毅红.混凝土结构设计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2012.3-9，149-155.

〔6〕王铁梦，工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.224-227.

〔7〕苏明会，现浇钢筋混凝土楼板裂缝的成因及防治、处理措施[J].科技创新导报，2008(31)：51-52.

〔8〕李志强，陈晓德.浅谈住宅现浇钢筋混凝土楼板裂缝的防治[J].工程与建设，2008(01)：78-79.

〔9〕赵国藩，李树瑶.钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].北京：海洋出版社，1991.67-71.

〔10〕林宗凡.钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度允许值的直接控制[J].工业建筑，1988,6(11)：41-47,53.

〔11〕中华人民共和国冶金部行业标准.钢管混凝土结构设计与施工规程 [S].北京中国计划出版社，1992.3-5.