化工廠房鋼筋混凝土框架梁裂縫分析與對策

摘 要:化工廠房傳統上采用梁上部、下部相同的最大裂縫寬度限值0.2mm， 會使梁上部實配鋼筋比強度計算值提高60%以上，這樣造成梁上部配筋很大，甚至超筋，也不符合強柱弱梁的抗震概念設計。為了改善這個缺點，化工生產廠房應該優化設計，具體是梁上部最大裂縫寬度限值按環境類別一類0.3mm控制;梁下部按環境類別二類或三類最大裂縫寬度限值0.2 mm控制。

關鍵詞:化工廠房， 鋼筋混凝土;框架梁， 裂縫寬度，優化設計

1前 言

化工生產廠房與民用住宅相比，一般具有以下特點:

(1) 化工生產廠房場址一般在江邊、海邊，例如上海的漕涇化工區、江蘇泰興新浦化工區等，廠房多為半封閉或敞開結構，所以環境類別較高，一般為二類或三類;同時活載較大，通常為4～10 kN/m2，所以梁配筋本來就很大;如果機械地滿足最大裂縫寬度限值要求，設計出來的梁截面和配筋將更大。

(2) 化工生產廠房腐蝕等級一般為中腐蝕、弱腐蝕，通常有防腐面層和50 mm配筋的細石混凝土建筑面層。鑒于化工生產廠房有防腐面層和50 mm配筋的細石混凝土建筑面層的特點，從規范最大裂縫寬度限值控制的內涵出發，建議在具備一定條件的情況下，梁上部最大裂縫寬度采用優化設計方法。

2原因分析

參考相關資料，根據裂縫檢測結果、裂縫特征及沉降觀測結果可以判斷，工程框架梁的裂縫是屬于較典型的梁受溫度、收縮影響而產生的裂縫，裂縫產生原因較復雜，但由統計分析可知，框架梁開裂及擴展的主要原因有以下幾方面。

3. 1 設計方面

1) 當梁的截面尺寸較大時，由于中部箍筋間距相對大，在中部梁側面易產生垂直于梁軸線的收縮裂縫，且多集中在構件的中部，呈中間寬兩端窄，裂至梁的上緣及下緣附近，其裂縫形態多沿短方向均勻地分布于相鄰兩根鋼筋之間，且與箍筋平行。這是由于梁上、下緣的附近配有較多的縱向筋，承受較大拉力，混凝土不易開裂;而梁的中部縱向筋稀少，沒有足夠的強度以抵抗這種拉應力而發生開裂。為此， GB 5001022002 混凝土結構設計規范規定:應在梁兩側沿梁高度配置縱向構造鋼筋，每側縱向構造鋼筋(不包括梁上、下部受力鋼筋及架立筋) 的截面面積不應小于腹板截面面積bhw 的0. 1 % ，且其間距不宜大于200 mm ，該框架梁的截面尺寸為250 mm ×700 mm ，縱向構造鋼筋每側僅配置1 根直徑為12 mm 螺紋鋼筋，滿足不了要求，可能由此引起收縮裂縫。

2) 工程框架縱梁全長達60 m ，設計時未充分考慮溫度收縮的影響，中間未設伸縮縫，也沒有留設后澆帶，故加劇了框架梁混凝土裂縫的出現和擴展。

3. 2 混凝土收縮作用

工程使用早強型普通硅酸鹽水泥。這種水泥的特點是結硬快，早期強度高，收縮大。其鋁酸三鈣凝結硬化最快，水化時放熱量最大。根據有關資料表明，其鋁酸三鈣百分比為規定含量的上限值。由此可見，在混凝土施工時，如能根據水泥特性加入適量緩凝劑將對混凝土收縮變形的控制是非常有益的。在拌制混凝土之前，必須按規定對水泥、粗細骨料等進行檢驗復試，不合格材料絕不使用。混凝土所使用的粗細骨料含泥量偏大，骨料粒徑偏細、骨料級配不良，混凝土水灰比、坍落度過大，使用過量粉砂等均易使混凝土收縮大而產生裂縫。

3裂縫性質確定與優化

3. 1梁上端裂縫性質

規范[1]第3.3.4條注2對處于年平均濕度小于60%地區一類環境下的受彎構件，其最大裂縫寬度限值可采用括號內的數值即0.4mm，在正常情況下最大裂縫寬度限值為0.3mm，而在一些特殊情況下可以放寬到0.4mm。所以從中可以很清楚地看出:受彎構件的裂縫寬度限值在一定條件下可以適當放寬，化工生產廠房梁上端正是這種受彎構件的裂縫。

3.2優化設計方法

梁上部、下部均采用0.2 mm的裂縫控制限值，實際配筋與強度計算值之比，上部在1.6～1.7之間，而下部卻在1.1～1.2之間，明顯上下部實配鋼筋比例不協調，且造成梁構件很大;在工程案例中，樓面活載只有6 kN /m2 ，四腿支撐的設備重540 kN，三跨分別為5m， 6m， 6m，還有懸臂2m，梁設計成450 mm (寬)×750 mm (高)才能符合要求，此時上部配筋14Φ 25 6 /6/2，配筋率為2.31%，由于頂部三排配筋，對混凝土澆筑很不利，同時跨高比達到了8，寬度450mm已經把柱加寬了，對層高只有4m的樓層來說已經是顯得非常笨重了。梁上部若按裂縫寬度0.3 mm控制，上部配筋10Φ25 6/4即可滿足要求，同時梁寬高均可以適當減小，柱子也可以減小;若活載、設備重量、跨度再大一些，上部若按裂縫寬度0.2mm控制簡直就沒辦法設計;通過對相同類型的廠房比較可知，裂縫控制限值將是梁柱尺寸和配筋的重要影響因素，所以化工生產廠房鋼筋混凝土框架結構梁上部最大裂縫寬度的優化設計對結構工程師設計類似工程而言將非常必要。

4 處理方法與施工順序確定

4. 1 裂縫處理方法

(1) 對寬度在0. 10 mm 以上的裂縫應沿其表面鑿U 字槽口深12 mm 左右，對鑿的槽必須清理表面松動的浮塵或污物，用壓力水沖洗干凈后，灌滿環氧樹脂，待環氧樹脂完全固化后用1∶2. 5水泥砂漿抹平;對寬度在0. 10 mm 之下的裂縫用水泥砂漿涂刷封閉，以保護鋼筋。

(2) 建議盡快在屋頂施工架空隔熱層，定期對處理后的裂縫進行觀測。

(3)由于工程為超長結構，裂縫處理后可能還會出現新的溫度裂縫，可參照處理。

4. 2現場施工順序設計

對照規范[1]條文和條文解釋，可以認為，化工生產廠房最大裂縫寬度限值只和環境類別有關，而化工生產廠房梁上部既有配筋的鋼筋混凝土建筑面層又有防腐面層; 梁上部有配筋的鋼筋混凝土建筑面層施工是在主體結構層早已封頂，設備安裝、測試、試車以后的最后一道工序，這時梁上部細微的裂縫已形成，在做配筋的細石混凝土面層時，由于重力作用，水泥漿將流入已形成的細微裂縫中，待水泥漿凝固后就會把上部的細微裂縫填嚴實，所以梁的上部鋼筋比一類環境下還難銹蝕，這樣按一類環境下0.3mm的最大裂縫寬度限值控制還是很有富裕量;例如，民用住宅屋面梁頂部實際上并不是處于一類環境，通常我們按一類環境類別下計算控制，而其頂部鋼筋一段也并沒有銹蝕，其道理也是有屋面防水層和屋面保溫隔熱層的緣故。

同時，框架梁下部只有抹面層，抹面層是在主體結構施工完成后進行，這時雖然抹面層對結構梁下部裂縫有一定的填實作用，隨著設備重量和操作活載的作用，梁下部的裂縫將逐漸擴展開來，而且重力作用是向下的，抹面的填實作用將越來越弱，所以梁下部裂縫寬度限值應該嚴格按環境類別設計。

參考文獻:

【2】中國建筑科學研究院. GB 50010—200混凝土結構設計規范[S]. 北京:中國建筑工業出版社， 2002.

【2】中國建筑科學研究院. GB 50011—2001 建筑抗震設計規范(08年修訂版) [ S ]. 北京:中國建筑工業出版社， 2008.