浅论建筑结构设计中控制裂缝的措施

曾敏华

（江西省建筑设计研究总院）

浅论建筑结构设计中控制裂缝的措施

曾敏华

（江西省建筑设计研究总院）

结构裂缝在建筑设计使用过程中非常普遍，日益增加的混凝土结构裂缝已引起诸多业主和用户的不满及投诉。本文主要针对结构设计中裂缝的控制措施及方法进行了阐述，供同行参考。

混凝土裂缝；结构设计；控制措施

1　结构设计中存在的裂缝

1.1基础不均匀沉降

由于结构基础的不均匀沉降，导致结构某些部位出现拉裂缝，特别在某些采用两种或多种基础形式的结构中更易出现此种情况。

1.2不当或过于复杂的结构形式

过于追求立面效果，平面布局凹凸较多，结构体型突变，刚度突变等，容易造成转角突出的地方由于应力的集中形成薄弱部位，再加上混凝土自有特性，更易出现拉裂缝。

1.3铺设管道产生的裂缝

一般结构的楼面及屋面板厚为100mm左右，但是由于电气，水暖等专业将照明、通讯网络等所需线管直接敷设于现浇板中，并且有时在一处集中交叉甚至多层交叉，削弱了现浇板实际厚度，导致了板上裂缝的产生。

1.4荷载设计中考虑不全

由于在计算荷载的时候未考虑周全，漏算荷载，导致实际施工和使用时荷载大于荷载设计值，从而产生裂缝。

1.5钢筋代换时仅考虑强度代换

由于客观条件所限，有时业主要求用高强度钢筋对已设计完成的工程所使用的钢筋进行代换，此时，设计人员有可能仅进行强度代换，而疏忽了实际面积的代换。

2　设计中对钢筋混凝土结构裂缝的控制

由于裂缝的产生，不但会影响外观效果，更有可能导致构件内部钢筋的锈蚀，影响使用耐久性和安全性。而结构设计作为工程的重要环节，在设计的过程中就应该注意对裂缝的控制.

2.1一般裂缝控制

2.1.1裂缝验算

混凝土结构应该按照《混凝土结构设计规范》（GB5001-2002）的规定，根据荷载效应来进行裂缝宽度的验算，对于不符合的应该及时调整。在设计时就应重视裂缝问题，构件设计时，不能仅考虑强度问题，在没有确切把握的情况下，对所有的梁板均应进行裂缝宽度验算，尤其是当梁配筋率小于1%的时候，更应该引起重视。

2.1.2分割措施

对于较长的建筑结构，在设计时可以考虑采取分割措施将建筑物分成若干的结构单元。这样就能减小结构构件内部各种作用（例如温差，混凝土收缩，基础不均匀沉降等）产生的拉应力。并且对于处于不利条件下（抗震不利地段，软弱地基上）的建筑物更应严格按设计规范要求合理布局结构单元。合理设置后浇带，可以适当的增大伸缩缝的间距，但是后浇带仍不能代替伸缩缝，在建筑物过长时.仍然需要按规范要求设置伸缩缝。后浇带内的钢筋一般情况下不截断，但是如果是为解决高层建筑与其裙房之间的沉降而设置的后浇带，内部的钢筋宜截断并采用搭接连接方式，待相邻两侧结构满足了设计允许沉降差异后，方可进行浇筑。

2.1.3设计时考虑周全

设计时充分考虑偶然作用和非设计工况所引起的效应，并在相关部分采取合理的控制裂缝的构造措施。例如：按简支设计的时候，实际上端部仍然受到一定的嵌固约束；按自由端考虑，但在荷载较大使构件发生位移，变形加大后，可能起到约束作用的部分；平面凹凸、立面刚度变化突变的部位，容易引起应力集中的部位；房屋两端的阳角处以及山墙处的楼板，屋面板；现浇结构中与周围梁柱整体浇筑的楼板；大体积混凝土等等。

2.1.4配筋时对钢筋的选择

根据《混凝土结构设计规范》、（GB50010-2002）8.1.2中可以看出，钢筋面积与裂缝宽度的关系，因此在其他条件不变的情况下。酌情选用细直径钢筋对于裂缝控制是有利的，也是控制裂缝宽度的很实用的方法之一。因为在外部条件和配筋总面积一定的情况下，钢筋直径越细，排列就越密，与混凝土的粘结力就越好，混凝土产生的裂缝越分散，使较宽深的单条裂缝分散成多条细浅的裂缝，对于结构是有利的。但是由于这样会增加施工难度，且在截面过小时，由于钢筋间距的减小，不利于混凝土的浇筑，因此应根据实际情况选用。

在条件允许的情况下，尽可能的选用螺纹钢筋，因为其和混凝土的粘接力更大，可以有效地控制裂缝的生成和宽度。

2.1.5设计交底完善

由于我国国情所限，施工单位素质参差不齐.设计人员在进行施工技术交底时。应特别强调养护是防止混凝土产生裂缝的重要因素，应当充分重视，并根据当地情况制定适宜的养护方案。且应强调在施工过程中，不得随意堆载等。

2.2具体结构构件裂缝控制

2.2.1基础裂缝控制

基础的混凝土强度等级宜按《混凝土结构设计规范》采用；第3.4.1条规定了一般基础的环境类别为二a或者二b类，第3.4.2条规定了最低混凝土强度等级：二a类为C25，二b类为C30。保证基础的最小配筋率，根据基础形式的不同，按照相应的规范要求。但任何基础的受力钢筋都不小于A10@200，分布钢筋不小于A8@200。

虽然《建筑地基基础设计规范》第8.2.2条4款规定：“当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时，底板的受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍，并宜交错布置。”这样做虽然就基础受力来说是适宜的。但是就导致了基础底板的部分区域钢筋间距增大，在该区域产生裂缝的可能性增大。如果交底时表达不清，而施工单位又不注意，就有可能产生施工事故，例如全部0.9L长的钢筋顺放于一端，导致0.1L的基础区域无钢筋，使得基础实际面积减小了0.1L且相对于柱偏心距增大。因此建议尽可能的按全长配筋。

2.2.2梁、柱的裂缝控制

控制保护层厚度。当梁柱的保护层厚度超过50mm时，按照《钢筋混凝土结构规范》9.2.4，应对保护层采取有效的防裂构造措施，或者按扩大的柱截面配置纵向钢筋和箍筋。

当梁高≥450mm时，因为梁截面的增大，有可能在梁侧产生垂直于梁轴线的收缩裂缝，因此应在梁侧根据最小配筋率配置纵向钢筋，按照《混凝土结构设计规范》10.2.16条，在梁的两个侧面沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于梁腹板截面面积的0.1%，且间距不宜大于200mm。当梁需要进行疲劳验算的时候，为防止由于反复的水平力致使梁下部腹板产生裂缝，也应当按照《混凝土结构设计规范》10.2.17条之规定在梁下部1/2梁高范围的腹板内，沿两侧纵向设置构造钢筋间距100～150mm。

在主次梁交接处或者有集中荷载的部分应设置附加钢筋，因为当集中荷载在梁高范围内或者梁下部传人时，集中荷载影响区下部混凝土有可能出现拉脱，且由于间接的加载导致梁的斜截面受剪承载力降低。附加横向钢筋宜优先选用箍筋，对于防止梁侧斜裂缝效果较好。

2.2.3板的裂缝控制

由于楼（屋）面板的边界约束条件较复杂，且混凝土收缩应力和温度应力较精确的理论计算至今未完全解决，而在实际的施工过程中，由于各种原因，无法使板处于设计时的理想状态，因此在工程设计实践中，只能从设计概念和构造措施上对其进行控制，实践表明，采取适当的措施后，现浇楼板的裂缝是可以得到一定的控制的。

由于混凝土收缩和温度变化是引起裂缝的主要原因，因此设置温度收缩钢筋有利于减少这类裂缝。因为板中已配的受力钢筋和分布钢筋也可以抵抗温度和收缩产生的拉应力，所以温度钢筋应主要在末配置钢筋的部位和配筋数量不足的部位沿温度、收缩应力的主要受力方向布置温度收缩钢筋。但是由于无法精确的对这两种作用产生的应力进行计算。因此应按照《混凝土结构设计规范》第10.1.9条规定的原则和最低数量进行配置。

楼板有凹口时，在此处由于应力的集中，极易出现裂缝，应当与其他专业沟通调整；当建筑平面有不可避免的凹口时，凹口内侧的楼板应适当的加厚并加强配筋，使其能抵抗住在此集中的温度应力和混凝土收缩应力。而由于异形楼板的受力不十分明确，因此，建议加设小梁分割成较规则的形状，以便于计算分析以及对裂缝的控制。若由于特殊原因不能设置小梁，建议对面积较大的异形板采用整板双层双向配筋，以控制由于计算分析不精确而产生的裂缝。

选用适当强度等级的混凝土，《钢筋混凝土结构裂缝控制指南》。规定：楼、屋面板采用普通混凝土时，其强度等级不宜大于C30。因此建议选用C25～C30。

现浇的钢筋混凝土结构中，板边的支座负筋应按照嵌固计算配筋，而不应按简支计算后按构造配筋。由于框架梁，连梁，剪力墙对板的嵌固作用，仅按构造配筋，板面也有可能开裂。只有当现浇板的支承构件为砌体且在支座处的板面上没有砌体或者仅有较矮的女儿墙时，才宜按简支计算。

适当增加楼板厚度，因为根据林同炎和S·D·思多台斯伯利著的《结构概念和体系》附录B中给出的水平构件的近似高跨比：钢筋混凝土实心板平均值为28，最大为32，支承载梁上的双向板平均值为30，最大值为36。而目前我国常用的为：混凝土实心板为30～35，双向板为35～40。由于板内应力计算不确定性，因此适当的加厚楼板并相应配置钢筋对裂缝的控制是可行的。

板钢筋的选用应在保证计算面积的前提下选用细直径，密间距钢筋。由于间距的减小，钢筋与混凝土粘结面的增大，裂缝也能得到很好的控制。采用冷轧带肋、冷轧扭钢筋等强度较高的钢筋配筋，作为板受力钢筋是可行的。但是应注意不能仅按强度代换，在裂缝控制方面，更应注意实际面积。因为强度高，所需钢筋面积较少，有可能对裂缝控制不利。一些施工单位为节约投资，以高强度钢筋直接进行强度代换后施工，这更是不负责的行为。因此，在保证同等质量前提下，在板的施工中，想以高强度钢筋代换较低强度钢筋以节省投资的效果是不明显的。

在阳角，阴角板块及较大的板块的四角部位板上、下侧增设与对角线平行的A8-10@100钢筋，这种做法可以很好的防止楼板四角部位出现45°裂缝。上侧钢筋放在负筋以上，下侧钢筋放在板下部钢筋以下。

设计人员在进行板的荷载计算时应注意不要漏算或者取值偏小，应该考虑到有某些特殊情况产生的预计外的荷载。例如对于不上人屋面的活载取值0.5kN/m2就略显偏小，因为有可能满足不了施工荷载的要求，而《建筑结构荷载规范》表4.3.1注1也规定：不上人屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用，建议取值不小于1.5kN/m2。钢筋的布置也不应机械的固守于梁轴线垂直的概念，而应该按实际情况综合考虑钢筋的布置方向，例如圆形，半圆形板或弧形板钢筋就宜沿环向和径向布置。

3　结束语

针对钢筋混凝土结构中的非结构性裂缝，虽然混凝土内应力的理论计算并未完全解决，但是多从设计理念入手，有针对性地设置构造措施，是有明显的效果的。

而对于钢筋混凝土结构中结构性的裂缝控制，就更需要设计人员提高设计质量，以客观务实的态度来对结构体系进行分析和设计，清楚地意识到受力状态是一种客观存在的，不是主观假设可以避免的。

总的来说，要彻底清除钢筋混凝土结构中的裂缝现象，还需要进一步的积极探索，设计人员更要不断的提高自身素质，采用更为科学的防治措施，控制裂缝。

TU318

A

1673-0038（2015）13-0003-02

2015-3-8