一種典型框架梁裂縫檢測與成因分析

王 兵 （安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院，安徽 合肥 230000）

0 前言

近年來隨著我國城市化進程的加快，鋼筋混凝土框架結構的建筑越來越多，而框架梁結構作為建筑工程整個結構穩定性的關鍵所在，應當著重關注其是否有裂縫產生并分析裂縫的性質，因為裂縫不但影響著建筑工程的美觀，對結構的承載能力和耐久性也可能產生較大影響。因此，對建筑結構的鋼筋混凝土框架梁結構裂縫分析和處理措施開展研究，指導工程施工及裂縫預防，顯得尤為重要。

本文通過實際檢測工作中遇到的典型案例，結合框架梁的裂縫特征，對裂縫的原因進行了分析，并提出相應的預防措施，以指導同類工程施工，減少或避免該類裂縫的產生。

1 裂縫的分類

當前國內的主流研究對于結構裂縫的分類主要按以下幾種，一是按裂縫原因分類，二是按裂縫狀態分類，三是按裂縫危害性分類，四是按裂縫形式分類。

1.1 裂縫原因

按裂縫的原因可分為主觀原因和客觀原因兩類。

①主觀原因：主要從兩方面考慮，即設計使用方面和施工、材料方面。設計使用方面如結構設計時斷面及配筋不足、荷載考慮不周、未按規范設置變形縫等方面；施工不當方面如未按設計和施工規范要求施工，模板支撐變形、下沉、脫模較早等；材料使用不當方面如水泥凝結不正常，水泥水化熱較大或異常膨脹，混凝土中的氯化物含量較大或干燥收縮、自收縮等。

②客觀原因：主要從兩方面考慮，即結構上的荷載作用引起的（受力裂縫）和結構發生變形作用引起的（變形裂縫）。根據受力的性質不同，受力裂縫主要有受壓裂縫、受拉裂縫、受彎裂縫、受剪裂縫和受扭裂縫；變形裂縫的因素主要有體積變形，環境和氣候變化，建筑地基的沉降、濕陷和膨脹變形。

1.2 裂縫狀態

按裂縫隨時間發展變化的狀態分為穩定裂縫和不穩定裂縫兩類。穩定裂縫是指裂縫隨時間的延續不會無限制的開展，裂縫的狀態（開展長度、縫寬等）穩定在某一狀態；不穩定裂縫是指裂縫隨時間延續不斷開展，不會穩定在某一狀態，這種裂縫應當引起重視。

1.3 裂縫危害性

主要分為有害裂縫和無害裂縫兩類。無害裂縫主要是包括穩定的變形裂縫和受力裂縫，縫寬在規范允許范圍內且不會危及結構安全和影響結構的適用性和耐久性；有害裂縫主要指縫寬超限，將危及結構安全或影響結構的適用性和耐久性。

1.4 裂縫形式

按裂縫在結構上的具體形式，可分為垂直裂縫、水平裂縫、斜裂縫及不規則裂縫等；按裂縫進入構件的深度，可分為表面裂縫、深層裂縫及貫穿裂縫。

2 工程實例

2.1 工程概況

霍邱縣某商業樓為三層框架結構，建筑面積9800m，該工程目前已經竣工2 年多，采用筏板基礎，一層頂梁混凝土抗壓強度設計值為C30。商鋪業主在改造和裝修的過程中發現部分框架梁有裂縫，截至現場檢測完成前，二層及以上的改造施工初步完成，正進行室內裝飾裝修等工作（見圖1、圖2）。

圖1 整體外觀

圖2 室內改造裝修

2.2 現場檢測內容

根據上述分析并結合現場情況，主要對以下項目開展檢測：

①裂縫開展情況；

②混凝土結構抗壓強度；

③鋼筋間距配置及構件截面尺寸。

2.2.1 裂縫開展情況

檢測的一層頂梁裂縫的類型主要有兩種（見圖3、圖4）。第一種是豎向裂縫，其主要特點是裂縫呈豎向棗核狀，即中間梁腹板處最寬，兩端逐漸縮小，且裂縫多在箍筋處開展，多數垂直裂縫與梁底的水平裂縫相連。該類裂縫共計55 條（占總數87.3%）。第二種是靠近梁端的斜向裂縫，其主要特點是斜裂縫與構件軸線的夾角約為35。～45。，斜向裂縫寬度大都在梁腹板中部最寬，裂縫延伸至板底和梁底。該類裂縫共計8 條（占總數12.7%），且較為集中出現在一層頂梁1- 2/C。對其中3 道一層頂梁裂縫處取芯量測裂縫長度4.5cm～10.0cm 不等。

2.2.2 混凝土抗壓強度

檢測的一層頂梁混凝土現齡期抗壓強度推定值范圍為36.2MPa～41.0MPa，符合設計強度等級C30 的要求。

2.2.3 鋼筋間距配置及構件截面尺寸

檢測的一層頂梁構件截面尺寸符合設計要求，構件尺寸按設計值復核計算，箍筋間距按實測值復核計算。

2.3 框架梁承載力驗算

2.3.1 檢測與設計資料

圖3 框架梁典型裂縫（豎向）

圖4 框架梁典型裂縫（斜向）

①檢測的一層頂梁混凝土現齡期抗壓強度符合設計要求，結構驗算時按設計值計算。

②鋼筋配置情況

檢測的一層頂梁截面尺寸符合設計要求，構件尺寸按設計值復核計算，箍筋間距按實測值復核計算。結構驗算時設計圖紙標注的鋼筋力學性能按設計指標取值。

③荷載取值

采用PKPM 計算軟件建模。現澆板恒荷載標準值按照設計板厚計算，恒荷載分項系數γG=1.2；活荷載標準值按設計圖紙標注的商業部分3.5kN/m取值，荷載分項系數γQ=1.4。復核計算時，對于符合設計要求的實際檢測結果，按設計值進行復核。根據改造設計圖紙、現場調查及委托方提供的資料，樓面新增恒荷載按4 kN/m，樓面新增梁墻體線荷載按10 kN/m 計算，計算結果見下表。

2.3.2 分析意見

考慮新增荷載條件下，一層頂梁有4 道梁底實配受力鋼筋面積小于計算配筋面積，即該部分框架梁不滿足正常使用下的抗彎承載力要求，檢測的一層頂梁梁端箍筋實配面積小于計算配筋面積，即斜截面抗剪承載力不滿足正常使用下的承載力要求。

2.4 框架梁裂縫成因分析

根據檢測結果，一層頂梁及地下室頂梁的鋼筋配置基本符合設計要求，混凝土抗壓強度推定值符合相應的設計強度等級要求。混凝土的收縮大體可以分為三種類型：膠凝固化的自生收縮、干燥失水和表面收縮、碳化收縮。本工程框架梁為現澆混凝土結構，當兩邊固定在柱上的混凝土梁成形時，表面水分蒸發，這種蒸發由表及里逐步發展，內外干縮量不一樣，因而混凝土表面收縮變形受到混凝土內部約束以及兩邊柱的約束而在沿長度方向上產生拉應力，當這種拉應力超過混凝土當時的抗拉強度時，會在混凝土表面形成裂縫。同時混凝土強度等級高，則收縮較大，彈性模量也增大，約束拉應力提高較多而抗拉強度提高很少。混凝土澆筑完成后構件截面上部變形受到框架柱和現澆板的約束作用，下部受到鋼筋的約束，從而使裂縫在梁腹板中部得以發展形成。

構件配筋計算結果

從委托方提供的資料及現場調查發現，該項目建筑使用功能變更為酒店，二層以上大面積加層，建筑實際層數由原3 層變為5 層，局部6 層。新增加層地面均采用約100mm 厚現澆鋼筋混凝土壓型鋼板鋼梁組合樓層、50mm 厚夾層地面裝飾面層，酒店房間及走道設龍骨石膏板吊頂，酒店房間加設衛生間和設備管道井，新增隔墻均采用加氣混凝土砌塊墻，公共區域增設電梯、夾層鋼樓梯等，新增荷載增加過多。經復核計算，一層頂梁有4 道梁底實配受力鋼筋面積小于計算配筋面積，即該部分框架梁不滿足正常使用下的抗彎承載力要求，檢測的一層頂梁梁端箍筋實配面積小于計算配筋面積，即斜截面抗剪承載力不滿足正常使用下的承載力要求。地下室頂梁梁底實配受力鋼筋面積和梁端箍筋實配面積均大于計算配筋面積，即框架梁可以滿足正常使用下的抗彎和斜截面抗剪承載力要求。

綜上，一層頂梁豎向裂縫的形成是由變形因素引起，變形裂縫產生的主要原因是混凝土自身收縮和溫度收縮共同作用，而新增荷載過大在一定程度上促進裂縫進一步發展。斜向裂縫的形成主要由荷載因素引起，這類裂縫屬于受力裂縫，形成原因主要是改造設計對原結構框架梁的內力增幅過大，此類裂縫會影響結構的安全性能，應及時采取有效措施。

3 結論

①本文通過對一個典型的混凝土框架梁裂縫檢測，分析總結該結構裂縫產生的原因，并通過現場調查，驗證核實了該檢測結論。通過進一步分析和復核計算, 得到部分框架梁不滿足正常使用下的抗彎承載力要求的結論，為工程的下一步技術處理提供依據。

②混凝土結構的裂縫是當前的工程建設中的通病，也是混凝土結構劣化損傷的宏觀反應。當結構發生裂縫時，在采取應對措施之前，應當查明裂縫產生的原因，判斷其危險性，然后采取有針對性的措施，確保建筑物的安全性和耐久性。

③在房屋裝修及改造過程中，應充分考慮到實際增加的荷載是否符合設計要求，必要時應將裝修方案提交設計單位復核，避免新增荷載過大導致結構性裂縫的出現。