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1、从建筑结构设计谈现浇钢筋混凝土楼板的裂缝问题摘要针对现浇钢筋混凝土楼板易出现裂缝的问题,从建筑结构设计方面对产生裂缝的各种因素进行了探讨,并提出了在设计过程中进行裂缝控制的建议和方法。关键词现浇钢筋混凝土楼板 裂缝 建筑设计 结构设计前言自2001年起,苏州市从预制多孔板体系转化为商品混凝土现浇板体系。现浇钢筋混凝土楼板在结构安全和使用功能方面比预制板优越得多,但是楼板裂缝不断增加。大多数消费者对楼板裂缝缺乏必要常识,统视裂缝为有害,担心楼板裂缝会引起建筑物倒塌,反应极为敏感,近年来成为投诉热点,开发商和承包商为此的花费亦逐年增长。楼板裂缝种类温差裂缝由于温度变化,混凝土热胀冷缩而形成的裂缝,
2、此类裂缝一般集中在东西单元的房间、屋面层和上部楼层的楼板。结构裂缝虽然现浇楼板承载力均能满足设计要求,但由于预制多孔板改为现浇板后,墙体刚度相对增大,楼板刚度相对减弱。因此在一些薄弱部位和截面突变处。往往容易产生一些结构性裂缝。例如:墙角应力集中处的斜裂缝,板端负弯矩较大处的板面裂缝等。构造裂缝管处混凝土厚度减薄,容易出现裂缝。收缩裂缝混凝土在塑性收缩、硬化收缩、碳化收缩、失水收缩过程中易形成各种收缩裂缝。楼板裂缝形式斜裂缝该裂缝常出现在墙角,特别是房屋东西两端房间,呈状。纵横向裂缝 该裂缝一般出现在跨中、负弯距钢筋端部、电线暗管敷埋处。 长裂缝一部分房间预埋电线管的板面上出现裂缝,裂缝宽度达
3、左右。这种裂缝仅在楼板表面出现,板底无裂缝。不规则裂缝 裂缝出现部位形状无规则,或散状或龟裂状。一般发生在房屋东西两单元、阁楼顶层部位。 从设计方面分析裂缝及控制方法造成现浇钢筋混凝土楼板开裂有设计原因、施工原因、材料原因,本文仅从设计方面进行探讨。随着苏州市经济的快速发展、建设任务增加迅猛,勘察设计队伍亦在迅速扩大,苏州市住宅工程相当一部分是由乙级和丙级设计单位承担。住宅设计单位低资质,或由于设计市场管理的不到位,造成低资格设计人员挂靠设计,而挂靠单位收取一定比例管理费后,就盲目盖章、签字,根本不对图纸的结构安全、合理性、完整性等认真审核。结果是一部分住宅工程勘察设计质量低下,问题较多。另一
4、个原因是,一些住宅开发商任意压价,片面降低勘察设计费,以收费最低为主要条件选择勘察设计单位,同时又不讲合理设计时间,限期开工,逼迫提前出图,造成施工图设计深度不够,问题必然较多。建筑设计方面原因斜屋面、露台、外墙节能保温措施不够 苏州市一年之内气温变化较大,夏季最高温度可达以上,冬季温度最低可达-,由于夏天室外墙体温度高于室内温度,结构外墙面在高温下发生受热膨胀,如果未采取保温措施,在纵横两外墙面的变形对楼板产生牵拉作用下,东西单元的卧室楼板被外墙向外拉伸就容易引起裂缝。同样,屋面如果未设保温层,顶层楼板会因热胀冷缩而引起开裂。 目前与温度有关的裂缝计算公式有: 连续式约束条件下楼板、长板、剪
5、力墙、大底板等最大约束应力计算公式: 或按时间增量的计算公式: - 当应力超过混凝土的抗拉强度时,可求出裂缝间距: 式中,-包含水化热、气温差及收缩当量温差。同号叠加,异号取差,由此可见,夏天炎热季节浇筑混凝土到秋冬冷缩都是叠加的,拉应力较大; -松弛系数。在保温保湿养护条件下(缓慢降温即缓慢收缩),松弛系数取或,当寒潮袭击或激烈干燥时,松弛系数取,应力接近弹性应力,容易开裂; +; -混凝土的极限拉伸。级配不良,养护不佳,取-;正常级配,一般养护,取-;级配良好,养护优良,取-;配筋合理(细一些,密一些),可提高极限拉伸%。构造配筋宜为%;-均拉层厚度(强约束区);-混凝土弹性模量;-水平约
6、束系数;、-双曲余弦及双曲余弦反函数;-线膨胀系数,一般情况,当时取,。裂缝开展宽度: 式中,-裂缝宽度经验系数; -约束系数。住宅长度超长 住宅平面超长,由于温差和材料变形,会造成墙体和楼板横向开裂。仅就长度而言,结构长度与应力呈非线性关系,如结构长度小于规范要求,结构内力影响很小。 平面形状 当住宅卧室沿长度、宽度方向尺寸变化,由于楼板刚度不一致,会产生不相同变形,引起薄弱部位开裂。 结构设计方面原因近代国际上结构的设计原则是,整个建筑结构的功能必须满足两种状态的要求:承载力极限状态,以保证结构不产生破坏,不失去平衡,不产生破坏时过大变形,不失去稳定。正常使用极限状态,以确保结构不产生超过
7、正常使用状态的变形、裂缝及耐久性、振动及其它影响使用的极限状态。目前人们对第一极限状态已给于足够重视并严格执行,而对第二种极限状态却经常被忽视。从钢筋混凝土现浇楼板各种受力体系分析,无论是按单向板设计还是按双向板设计,是单跨还是多跨连续板设计;无论是板端支承在砖墙上还是支承在过梁或剪力墙内,受力状态考虑都是局限于楼板平面的应力变化(按弯矩配置抵抗正、负弯矩的受力钢筋)、板平面的受剪变形。即使是考虑板端嵌固端节点产生弯矩,也只是考虑板平面弯曲或屈曲所产生的应力。在楼板受力体系分析时,对于现浇结构构件之间在三维空间中如何分配内力、协调变形,根本没有考虑。目前不少设计人员只按单向板计算方法来设计配置
8、楼板钢筋,支座处仅设置分离式负弯矩钢筋。由于计算受力与实际受力情况不符,单向高强钢筋或粗钢筋使混凝土楼面抗拉能力不均,局部较弱处易产生裂缝。部分设计人员对构造配筋,放射筋设置不重视或不合理,薄弱环节无加强筋。结构设计对板内布线引起裂缝的构造考虑不够。住宅电器、电信快速发展的今日,现浇楼板内暗敷电线管越来越多,甚至有些部位三根交错叠放,两根管交错叠放更为普遍。管错叠处板的抗弯高度大大降低,从而减弱了板的抗弯性能。对开口楼板,特别是开洞口比较大的双向板,设计时往往只考虑楼板在竖向荷载作用下的洞口四周加强配筋。由于纵向的受力钢筋被切断,而忽视了板与墙体或板与梁的变形协调问题。这时如墙或梁的刚度较大,
9、板的孔边凹角处未必出现应力集中现象,开洞板易发生翘曲。建筑设计控制措施屋面与外墙采取保温措施按照国外建筑设计常规的做法,屋面设保温隔热层,使屋面的传热系数；外墙外表面或内表面相应设置保温隔热层,同时外墙面宜采用浅色装饰材料,增强热反射,减少对日照热量吸收。根据苏州的具体情况,屋面和外墙的保温设计应通过热工计算,在不同季节均应能达到夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准和江苏省民用建筑热环境与节能设计标准要求,彻底解决温度应力对屋面和墙体的破坏。适当控制建筑物长度根据混凝土结构设计规范和砌体结构设计规范(-),为避免结构由于温度收缩应力引起的开裂,宜采取设置伸缩缝,伸缩缝间距为。多层住宅建筑控制长度建
10、议不大于,高层应控制在以内。如果超过此长度,应设置伸缩缝。超长量不大时,可采用设置后浇带的方法,以减少混凝土楼板收缩开裂。住宅平面形状控制住宅平面宜规则,避免平面形状突变。当楼板平面形状不规则时,宜设置梁使之形成较规则平面。当平面有凹口时,凹口周边楼板的配筋宜适当加强。结构设计控制措施工程裂缝产生的主要原因是混凝土的变形。如温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降变形等,此类因变形引起的裂缝几乎占到全部裂缝的%以上。在变形作用下,结构抗力取决于混凝土的抗拉性能,当抗拉应力超过设计强度时,应验算裂缝间距,再根据裂缝间距验算裂缝宽度。现浇板板厚宜控制在跨度的,最小板厚不宜小于。有交叉管线时板厚不宜小于。
11、楼板宜采用热轧带肋钢筋以增加其握裹力,不宜采用光圆钢筋。分布钢筋与构造钢筋宜采用变形钢筋来增加与现浇混凝土的握裹力,对控制楼板裂缝的效果较好。设计时注意构造钢筋的布置十分重要,它对构造抗裂影响很大。对连续板不宜采用分离式配筋,应采用上、下两层连续式配筋;洞口处配加强筋;对混凝土梁的腰部增配构造筋,其直径为,间距约。屋面层阳角处、东西单元房间和跨度时,应设置双层双向钢筋,阳角处钢筋间距不宜大于,跨度的楼板钢筋间距不宜大于。跨度的现浇楼板上面负弯矩钢筋应一隔一拉通。外墙转角处应设置放射钢筋,配筋范围应大于板跨的,且长度不小于,每一转角处放射钢筋数量不少于根,钢筋间距不宜大于。现浇楼板的混凝土强度等
12、级不宜大于,特殊情况须采用高强度等级混凝土或高强度等级水泥时,要考虑采用低水化热的水泥和加强浇水养护,便于混凝土凝固时的水化热释放。在预埋电线管时,必须有一定的措施,管要有支架固定,严禁两根管线交叉叠放,确须交叉时应采用专门设计的塑料接线盒,以防止塑料管在管线交叉对混凝土厚度削弱过多。在预埋电线管上部应配置钢筋网片,。若用铁管作为预埋管时,宜采用内壁涂塑黑铁管,一方面既能保证黑铁管(不镀锌钢管)与混凝土的粘结力,同时也有利于穿线和不影响混凝土的计算高度。后浇带处理后浇带应设置在对结构受力影响较小部位,一般应从梁、板的跨部位通过或从纵横相交部位或门洞口的连梁处通过。后浇带间距不宜超过。后浇带宽度
13、为,板和墙钢筋搭接长度应不低于,且同一截面受力筋搭接不超过%。梁、板主筋不宜断开,使其保持一定联系性。后浇带浇筑时间不宜过早,以能将混凝土总降温及收缩变形完成一半以上时间为佳。从目前混凝土的收缩量来看,估计月方能取得明显效果,最短不少于天。在苏州这样软土地区,后浇带浇筑时间应在主体封顶以后,方可有效地释放沉降的应力。后浇带中垃圾应清理干净,接缝应密实,新老混凝土界面用:水泥砂浆接浆。后浇带混凝土强度等级比原混凝土强度等级提高一级,且采用微膨胀混凝土,以防止新老混凝土界面产生裂缝。后浇带混凝土接缝宜设置企口缝,混凝土浇筑温度尽量与原老混凝土浇筑时温度一致。结语 现浇钢筋混凝土楼板裂缝是工程常见的质量通病,只有在设计过程中针对各影响因素考虑全面、细致,严格遵守设计规范,才能大大减少现浇钢筋混凝土楼板产生裂缝的可能。
