混凝土結構的裂縫驗算與控制

文/劉銀 華東建筑設計研究院有限公司大連分公司 遼寧大連 116500

1、混凝土結構構件的環境類別與鋼筋的混凝土保護層最小厚度

1.1 結構構件的環境類別

結構所處環境是影響其耐久性的外因。環境類別是指混凝土暴露表面所處的環境條件，設計需根據實際情況確定適當的環境類別。所以在設計過程中要根據構件所處環境，指定環境類別采用不同的混凝土保護層厚度。如地下室外墻設計，室外迎水面屬于二類環境，按《地下工程防水技術規范》GB50108第4.1.7條規定，防水混凝土結構迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm。對于一般的民用建筑工程（結構或構件有疲勞問題或混凝土環境類別為三、四、五類時除外）可參考《人民防空地下室設計規范》GB50038第4.11.5條規定的一般情況下可取地下室外墻迎土面的混凝土保護層最小厚度為40mm。但在海水環境或其他腐蝕介質等特殊環境中，可參照有關規范規定適當提高混凝土的保護層厚度。對于地下室外墻內表面，可考慮建筑外防水對混凝土環境類別的影響，按一類環境確定混凝土保護層厚度及裂縫控制寬度。對于所處環境受腐蝕性介質作用的工業與民用建筑結構構件，可參考《工業建筑防腐蝕設計規范》GB50046-2008采取相關技術措施。

1.2 鋼筋的混凝土保護層最小厚度

鋼筋的混凝土保護層厚度取值與裂縫的寬度直接相關。當混凝土保護層較大時，雖然裂縫寬度計算值也較大，但較大的混凝土保護層厚度對防止鋼筋銹蝕是有利的。因此，對混凝土保護層較大的構件，當在外觀的要求上允許時，可根據實踐經驗，對《混凝土結構設計規范》GB50010-2010表3.4.5中規定的裂縫寬度允許值作適當放大。

對混凝土保護層較大的梁，國內實驗研究結果表明表層鋼筋網片有利于減少裂縫寬度。可對配置表層鋼筋網片梁的裂縫計算結果乘以折減系數，折減系數可取0.7。

《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T50476-2008第3.5.4條規定，在荷載作用下配筋混凝土構件的表面裂縫最大寬度計算值不應超過表3．5．4中的限值。對裂縫寬度無特殊外觀要求的，當保護層設計厚度超過30mm時，可將厚度取為30mm計算裂縫的最大寬度。所以在設計過程中，當構件保護層厚度超過《混凝土結構設計規范》表8.2.1中數值，按《混凝土結構設計規范》7.1.2條計算裂縫寬度時，其計算Cs值可取表8.2.1中的數值。

2、設計過程中裂縫的驗算與控制

2.1 考慮塑性內力重分布的分析方法時結構構件的裂縫寬度驗算

依據《混凝土結構設計規范》GB50010-2010第5.4.2條的規定：按考慮塑性內力重分布的分析方法設計的結構和構件，尚應滿足正常使用極限狀態的要求或采取有效的構造措施，且滿足《鋼筋混凝土連續梁和框架考慮內力重分布設計規程》CECS51(以下簡稱《規程》)的相關要求。對于計算截面的彎矩調幅系數β和配置的縱向受拉鋼筋直徑滿足規程相關要求的連續梁及單向板，可不作裂縫寬度驗算。對于不滿足規程相關要求的構件，應按《混凝土結構設計規范》驗算裂縫寬度，在確定正常使用極限狀態下縱向受拉鋼筋的應力時，計算截面取考慮塑性內力重分布影響的彎矩值，可參照《規程》4.3.4條的規定計算。

梁端內力調幅與裂縫寬度限值是互相矛盾的兩個方面，調幅過小則達不到調幅的目的，調幅過大將難以滿足規范規定的裂縫寬度限值。

2.2 使用結構計算程序對構件裂縫寬度計算時的注意事項

1）PKPM及YJK等結構分析程序可以考慮在豎向荷載下鋼筋混凝土框架的內力重分布，一般通過梁端負彎矩調幅系數來實現，以適當減小支座彎矩，同時增大跨中彎矩，梁端調幅系數可在0.8～1.0范圍內取值。（注意《規程》的調幅系數與此處的調幅系數概念的不同）

2）應注意結構分析程序中梁設計彎矩放大系數對梁彎矩計算值的影響，梁彎矩放大系數同時放大梁端負彎矩及跨中正彎矩，在裂縫驗算時應取梁設計彎矩放大系數為1.0。

3）應注意計算跨度的取值。根據《規程》規定，對于兩端與柱、墻或主梁整體連接的鋼筋混凝土連續梁，在對構件裂縫驗算時可按梁的凈跨計算。當程序中考慮梁柱重疊部分的剛域后，輸出的梁端彎矩為剛域邊緣截面的彎矩值，裂縫寬度驗算時，仍需將其折算成支座邊緣截面的彎矩值。

2.3 地下結構的裂縫控制與驗算

地下結構的裂縫寬度驗算問題，《建筑地基基礎設計規范》中沒有具體規定計算方法與控制要求。但規范第1.0.1條規定：建筑地基基礎的設計除應符合本規范的規定外，尚應符合國家現行有關標準的規定。這也就說明了，地下結構構件也應滿足正常使用極限狀態的要求，進行裂縫寬度的驗算。在進行裂縫寬度計算時，應根據不同工程的具體情況，恰當把握內力取值及裂縫寬度的控制標準。

2.3.1 對于使用要求高的重要地下室（如設備間及使用中嚴禁進水的功能房間），宜采取以下設計措施：

1）應嚴格要求基礎、地下室外墻及功能房間的隔墻及樓板的防水措施及防水質量。

2）控制基礎、地下室外墻及相關結構構件的裂縫寬度；

2.3.2 對使用要求不高的一般地下室結構（如地下車庫等），可采取以下設計措施：

1）對基礎底板及地下室外墻的混凝土結構耐久性設計時，應采用較高的控制標準。在確定混凝土的環境類別時，不考慮建筑外防水對混凝土環境類別的有利影響，按與水或土直接接觸的環境確定，且需考慮水或環境土壤對混凝土的腐蝕作用，外墻外表面的混凝土保護層厚度也應按此類別確定。

2）對地下結構進行裂縫寬度驗算時，可考慮基礎底板及地下室外墻建筑外防水的有利作用，按一類環境確定基礎及地下室外墻表面的混凝土裂縫控制標準，裂縫的寬度可控制在0.3mm。

3）構件的裂縫寬度驗算時，應采用支座邊緣的內力（如獨立基礎加防水板基礎形式，防水板的支座為獨立基礎邊緣，獨立基礎的邊緣在柱邊）。

結語：

總之，在結構設計的過程中裂縫控制是最容易被忽視的一個環節。但裂縫的產生的危害是極大的，所以正確判斷和分析混凝土裂縫的成因及有效地控制和減少混凝土裂縫意義重大。