建筑結構裂縫的設計控制

俞道洲 郭 魯

建筑工程裂縫控制應采取預防為主的方針;應從建筑材料質量控制和選用、建筑裂縫控制設計、建筑工程施工和使用等方面綜合采取措施。下面僅從設計方面談談裂縫控制:

1)建筑工程設計單位,執行有關設計標準中關于控制裂縫的規定,并應結合具體工程給出非荷載因素引起裂縫的控制措施。

2)建筑工程使用中,實施在建筑工程的荷載不得超過設計荷載,增層和增加建筑工程荷載的改造和裝修,應考慮建筑結構及其構件的變形或產生裂縫的影響。

3)建筑工程的基礎和主體結構設計應采取加強整體性的方案,對于建在軟弱地基土上的建筑,宜采取整體性能好的基礎形式或采取加強基礎整體性的措施。

4)在抗震設防區,建筑工程的場地選擇,液化土和軟土地基的處理,應符合GB 50011-2001建筑抗震設計規范的有關規定。

5)建筑基礎的選型與設計,應考慮上部結構重力荷載所引起沉降及其可能的不均勻沉降,并應盡量減少建筑基礎的不均勻沉降。

6)當新建工程附近存在已有建筑時,新建建筑工程的設計,應考慮新建工程的沉降對已有建筑的影響,應根據已有建筑的類型和基礎沉降的影響程度采取留置足夠的距離或采取沉降量小的基礎形式以及增設護坡樁等。

7)建筑工程的平、立布置宜規則,對于平面凸凹引起的應力集中部位,應采取防止和減輕裂縫的措施。

8)減輕砌體結構裂縫的設計具體措施:應按現行國家標準,“建筑節能標準”做好屋面的保溫與隔熱,以減少溫差,從而降低砌體的溫度應力,此項措施是控制砌體結構溫度裂縫的最根本措施。按砌體結構設計規范的規定設置伸縮縫,特別是在溫差大、氣候干燥、蒸發量大的地區,控制砌體結構的伸縮縫距離也是非常重要的;屋面保溫(隔熱層)或屋面剛性面層及砂漿找平層應設置分隔縫,分隔縫間距不宜大于6m,并與女兒墻隔開,其縫寬不小于30mm。采用裝配式有檁體系鋼筋混凝土屋蓋和瓦材屋蓋。頂層屋面板下設置現澆鋼筋混凝土圈梁,并沿內外墻拉通,房屋兩端圈梁下的墻體內宜適當設置水平鋼筋。房屋頂層端部墻體內適當增設構造柱。頂層窗臺下,設置鋼筋混凝土通梁。提高墻體,特別是頂層墻體的抗拉強度,頂部兩層墻體的砂漿強度等級宜采用M5.0以上。磚混結構房屋伸縮縫由按50m的砌體伸縮縫間距改為按35 m的混凝土結構伸縮縫間距設置。頂層橫墻在頂板以下1000mm內,每3皮磚配2Φ6通長拉結筋,墻體與構造柱間拉結筋按規程設置。山墻沿窗下口增設一道圈梁。磚砌女兒墻,不論高低,均應設置構造柱。構造柱間距不宜大于4 m,構造柱應伸至女兒墻頂并與現澆鋼筋混凝土壓頂整澆在一起。控制內外縱墻的開洞率,窗間墻的寬度不應小于1500mm。頂層墻體有門窗等洞口時,在過梁上的水平灰縫內設置2道～3道焊接鋼筋網片或2φ 6鋼筋,并應伸入過梁兩端墻內不小于600mm。頂層挑梁末端下墻體灰縫內設置三道焊接鋼筋網片(縱向鋼筋不宜少于2φ 4,橫向間距不宜大于 200mm)或2φ 6鋼筋,鋼筋網片或鋼筋應自挑梁末端伸入兩邊墻體。在鋼筋混凝土屋面板與墻體圈梁的接觸面處設置水平滑動層,滑動層可采用兩層油氈夾滑石粉或橡膠片等;對于長縱墻,可只在其兩端的2開間～3開間內設置,對于橫墻可只在其兩端各1/4范圍內設置(l為橫墻長度)。支撐在墻上的鋼筋混凝土大梁下應設梁墊。

9)減小地基不均勻沉降的具體措施:a.地基處理應根據軟弱地基的構成及特性以及上部結構的設計要求,選用適宜的處理方法對軟弱地基進行處理,達到提高地基承載力和減小變形、減小不均勻沉降的目的。b.沉降監測控制。當基礎施工至±0.000m部位時,必須按規范規定位置數量設置沉降觀測點,并在主體施工階段,每一結構層沉降觀測一次,主體封頂后進行百日觀測。根據百日平均沉降值確定后繼觀測周期,直至沉降趨于穩定。c.建筑措施。縱橫向結構構件的布置宜均勻對稱,沿平面不錯位,沿豎向上下邊應力求結構平面及體形規整,避免結構平面上的突然變化;同一結構單元不宜部分采用天然地基,部分采用樁基。d.結構措施。采用天然地基和人工處理地基的建筑,除應進行持力層土的承載力計算外,還應進行軟弱下臥層驗算及地基變形驗算,沉降值和局部傾斜值應滿足規范要求。條形基礎或筏形基礎當采用天然地基或人工地基時,在±0.000m標高處必須在縱橫向內外墻設置貫通的鋼筋混凝土地圈梁,相應平面內位置基礎應采用肋梁式,并在適當位置設置短構造柱,將±0.000m地圈梁與基礎底板肋梁拉結,與基礎墻一體形成組合梁。

10)減少混凝土結構裂縫設計的具體措施。

混凝土結構應按設計規范的規定,根據荷載效應驗算構件的抗裂性能及裂縫寬度,并符合有關裂縫控制的要求。按規范留設伸縮縫。

預應力構件利用混凝土的預壓應力值可有效地控制結構的裂縫,但應通過有效的構造措施消除拼接裂縫。

混凝土結構設計時應充分考慮偶然作用和非正常工況所引起的效應,并在相關部位采取合理的加強措施。

在現澆簡支板的支座部位,宜配適量的負彎矩板面鋼筋。

按單向板設計的現澆混凝土板,其支座負彎矩鋼筋向跨內延伸的長度應能覆蓋負彎矩區域并滿足鋼筋錨固的要求;跨中的正彎矩鋼筋宜全部伸入支座;沿長邊方向應布置足夠的橫向構造鋼筋。

處于溫度—收縮應力較大區域的混凝土連續板,其板底伸入支座正彎矩鋼筋的錨固長度宜在5d的基礎上適當增加。

當現澆板的受力鋼筋與梁平行時,應沿梁長度方向配置間距不大于200mm且與梁垂直的上部構造鋼筋,該構造鋼筋伸入板內的長度從梁邊算起每邊不宜小于板計算跨度的1/4。

板中受力鋼筋間距:當板厚 h≤150mm時,不宜大于200mm;當板厚 h＞150mm時,不宜大于1.5h,且不宜大于250mm。

對于支承結構整體澆筑或嵌固在承重砌體墻內的現澆混凝土板,應在板邊上部設置垂直于板邊的構造鋼筋。

嵌固在砌體墻內的現澆混凝土板,其上部與板邊垂直的構造鋼筋伸入板內的長度,從墻邊算起不宜小于板短邊跨度的1/7;在兩邊嵌固于墻內的板角部分,應配置雙向上部構造鋼筋,該鋼筋伸入板內的長度從墻邊算起不宜小于板短邊跨度的1/4;沿板的受力方向配置的上部構造鋼筋,其截面面積不宜小于該方向跨中受力鋼筋截面面積的1/3;沿非受力方向配置的上部構造鋼筋,可根據經驗適當減少。

當柱角或墻的陽角凸出到板內且尺寸較大時,板邊上部構造鋼筋伸入板內的長度應從柱邊或墻邊算起,且應按受拉鋼筋錨固在梁內、墻內或柱內。

單向板應沿垂直力方向布置分布鋼筋,對集中荷載較大的情況,分布鋼筋的截面面積應適當增加,其間距不宜大于200mm。

在溫度、收縮應力較大的現澆板區域內,鋼筋間距宜取為150mm～200mm,并應在板的未配筋表面布置溫度收縮鋼筋。板的上、下表面沿縱、橫兩個方向的配筋率均不宜小于0.1%。

在鋼筋混凝土懸臂梁中,應有不少于兩根上部鋼筋伸至懸臂梁外端,并向下彎折不小于12d;其余鋼筋應按規范要求向下彎折45°或60°,并按規范要求在梁的下邊錨固,錨固長度不小于10d。

當梁端實際受到部分約束但按簡支計算時,應在支座區上部設置縱向構造鋼筋,其截面面積不應小于梁跨中下部縱向受力鋼筋計算所需截面面積的1/4,且不應少于兩根;該縱向構造鋼筋自支座邊緣向跨內伸出的長度不應小于0.2l0,此處,l0為該跨的計算跨度。

鋼筋混凝土剪力墻的水平和豎向分布鋼筋的配筋率 ρsh(ρsh=Ash/(bSv),其中,Sv為水平分布鋼筋的間距)和 ρsv(ρsv=Asv/(bSh),其中,Sh為豎向分布鋼筋的間距)不應小于0.2%;剪力墻中溫度、收縮應力較大的部位,水平分布鋼筋的配筋率宜適當提高;鋼筋混凝土剪力墻水平及豎向分布鋼筋的直徑不應小于8mm,間距不應大于300mm。

厚度大于160mm的剪力墻應配置雙排分布鋼筋網;厚度不大于160mm的剪力墻宜在其重要部位配置雙排分布鋼筋網。

剪力墻洞口上、下兩邊的水平縱向鋼筋除應滿足洞口連梁正截面受彎承載力要求外,尚不應少于2根直徑不小于12mm的鋼筋;鋼筋截面面積分別不宜小于洞口截斷的水平分布鋼筋總截面面積的一半。縱向鋼筋自洞口邊伸入墻內的長度不應小于規范規定的受拉鋼筋錨固長度。

剪力墻洞口連梁應沿全長配置箍筋,箍筋直徑不宜小于6mm,間距不宜大于150mm。在頂層洞口連梁縱向鋼筋伸入墻內的錨固長度范圍內,應設置間距不大于150mm的箍筋,箍筋直徑宜與該連梁跨內箍筋直徑相同。同時,門窗洞邊的豎向鋼筋應按受拉鋼筋錨固在頂層連梁高度范圍內。

這是我個人對裂縫的認識,不足之處愿與大家交流學習。

[1]GB 50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

[2]JGJ 137-2001,J129-2001,多孔磚砌體結構技術規程[S].

[3]GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[4]GB 50011-2001,建筑抗震設計規范[S].

[5]牛秀美,吝 帥.淺談混凝土裂縫的成因及預防[J].山西建筑,2008,34(24):165-166.