从建筑结构设计谈现浇钢筋混凝土楼板裂缝问题（一）注册建筑师考试

文章作者 100test 发表时间 2009:02:04 16:41:30
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　　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
　　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。
　　1、楼板裂缝种类
　　1.1　温差裂缝
　　由于温度变化,混凝土热胀冷缩而形成的裂缝,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。
　　1.2　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４５°斜裂缝,板端负弯矩较大处的板面裂缝等。
　　1.3　构造裂缝
　　ＰＶＣ管处混凝土厚度减薄,容易出现裂缝。
　　1.4　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。
　　2、楼板裂缝形式
　　2.1 ４５°斜裂缝
　　该裂缝常出现在墙角,特别是房屋东西两端房间,呈４５°状。
　　2.2　纵横向裂缝
　　该裂缝一般出现在跨中、负弯距钢筋端部、ＰＶＣ电线暗管敷埋处。
　　2.3　长裂缝
　　一部分房间预埋ＰＶＣ电线管的板面上出现裂缝,裂缝宽度达０．２ｍｍ～０．３ｍｍ左右。这种裂缝仅在楼板表面出现,板底无裂缝。
　　2.4　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。
　　3、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。
　　3.1　建筑设计方面原因
　　3.1.1　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４０℃以上,冬季温度最低可达-４℃～-７℃,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、剪力墙、大底板等最大约束应力计算公式:
　　σ＊ｘｍａｘ＝－ＥａＴ１－１ｃｈβＬ２Ｈ（ｔ，τ） （１）
　　或按时间增量的计算公式:
　　σ＊ｘｍａｘ＝∑ｎｉ＝１Δσｉ＝-ａ１－ｕ∑ｎｉ＝１１－１ｃｈβｉＬ２ΔＴｉε ｉ （ｔ）Ｈ（ｔ，τ） （２）
　　当应力超过混凝土的抗拉强度时,可求出裂缝间距:
　　Ｌｍａｘ＝２ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ （３）
　　Ｌ＝１．５ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ （４）
　　Ｌｍｉｎ＝１２Ｌｍａｘ （５）
　　式中,Ｔ-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.
　　Ｈ（ｔ,τ）-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０．３或０．５,当寒潮袭击或激烈干燥时,松弛系数取０．８,应力接近弹性应力,容易开裂.
　　Ｔ＝Ｔ１ Ｔ２ Ｔ３（Ｔ１为水化热温差、Ｔ２为气温差、Ｔ３为收缩当量差,取代数和）.
　　　εｐ-混凝土的极限拉伸。级配不良,养护不佳,取０．５×１０-４～０．８×１０-４.正常级配,一般养护,取１．０×１０-４～１．５×１０-４.级配良好,养护优良,取２×１０-４.配筋合理(细一些,密一些),可提高极限拉伸２０%～４０%。构造配筋宜为０．３%～０．５%.
　　Ｈ-均拉层厚度(强约束区).
　　Ｅ-混凝土弹性模量.
　　Ｃｘ-水平约束系数.
　　ｃｈ、ａｒｃｃｈ-双曲余弦及双曲余弦反函数.
　　ａ-线膨胀系数,一般情况εｐ≤｜ａＴ｜,当εｐ≥｜ａＴ｜时取εｐ＝｜ａＴ｜,［Ｌ］→∞。
裂缝开展宽度:
　　δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬ２ （６）
　　δｆｍａｘ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍａｘ２ （７）
　　δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍｉｎ２ （８）
　　β＝ＣｘＥＨ （９）
　　式中,ψ-裂缝宽度经验系数.
　　Ｃｘ-约束系数。