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淺談現澆鋼筋混凝土樓板的裂縫問題論文
前言
自2000年前后,GB50011-2001《建筑抗震設計規范》開始全面應用，從抗震角度出發，以前預制多孔板體系就基本轉化為商品混凝土現澆板體系。現澆鋼筋混凝土樓板在結構安全和使用功能方面比預制板優越得多,但是樓板裂縫不斷增加。大多數消費者對樓板裂縫缺乏必要常識,統視裂縫為有害,擔心樓板裂縫會引起建筑物倒塌,反應極為敏感,近年來成為投訴熱點,開發商和承包商為此的花費亦逐年增長。以下結合我們在安徽六安住宅小區中碰到的一些實際情況，從設計的角度，進行一些分析討論。
１樓板裂縫種類
1.1 溫差裂縫
由于溫度變化,混凝土熱脹冷縮而形成的裂縫,此類裂縫一般集中在東西單元的房間、屋面層和上部樓層的樓板。
1.2 結構裂縫
雖然現澆樓板承載力均能滿足設計要求,但由于預制多孔板改為現澆板后,墻體剛度相對增大,樓板剛度相對減弱。因此在一些薄弱部位和截面突變處。往往容易產生一些結構性裂縫。例如:在墻角應力集中處的４５°斜裂縫,板端負彎矩較大處的板面裂縫等。
1.3 構造裂縫
暗敷的ＰＶＣ電線暗管處混凝土厚度減薄,容易出現裂縫。
1.4 收縮裂縫
混凝土在塑性收縮、硬化收縮、碳化收縮、失水收縮過程中易形成各種收縮裂縫。
２ 樓板裂縫形式
2.1４５°斜裂縫
該裂縫常出現在墻角,特別是房屋東西兩端房間,呈４５°狀。
2.2 縱橫向裂縫
該裂縫一般出現在跨中、負彎距鋼筋端部、ＰＶＣ電線暗管敷埋處。
2.3 長裂縫
一部分房間預埋ＰＶＣ電線管的板面上出現裂縫,裂縫寬度達０．２ｍｍ～０．３ｍｍ左右。這種裂縫僅在樓板表面出現,板底無裂縫。
2.4 不規則裂縫
裂縫出現部位形狀無規則,或散狀或龜裂狀。一般發生在房屋東西兩單元、閣樓頂層部位。
３ 從設計方面分析裂縫及控制方法
造成現澆鋼筋混凝土樓板開裂的原因很復雜，有設計原因、施工原因、材料原因等這些客觀原因,也有一些來自于其他方方面面的原因，例如工期緊等。本文僅從設計方面進行探討。
3.1 建筑設計方面原因
3.1.1 斜屋面、露臺、外墻節能保溫措施不夠
六安市一年之內氣溫變化較大,夏季最高溫度可達４０℃以上,冬季溫度最低可達-４℃～-７℃,由于夏天室外墻體溫度高于室內溫度,結構外墻面在高溫下發生受熱膨脹,如果未采取保溫措施,在縱橫兩外墻面的變形對樓板產生牽拉作用下,東西單元的臥室樓板被外墻向外拉伸就容易引起裂縫。同樣,屋面如果未設保溫層,頂層樓板會因熱脹冷縮而引起開裂。
目前與溫度有關的裂縫計算公式有:
連續式約束條件下樓板、長板、剪力墻、大底板等最大約束應力計算公式:
σ＊ｘｍａｘ＝－ＥａＴ１－１ｃｈβＬ２Ｈ（ｔ，τ）（１）
或按時間增量的計算公式:
σ＊ｘｍａｘ＝∑ｎｉ＝１Δσｉ＝-ａ１－ｕ∑ｎｉ＝１１－１ｃｈβｉＬ２ΔＴｉεｉ（ｔ）Ｈ（ｔ，τ）（２）
當應力超過混凝土的抗拉強度時,可求出裂縫間距:
Ｌｍａｘ＝２ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ（３）
Ｌ＝１．５ＥＨＣｘａｒｃｃｈａＴａＴ－εｐ（４）
Ｌｍｉｎ＝１２Ｌｍａｘ（５）
式中,Ｔ-包含水化熱、氣溫差及收縮當量溫差。同號疊加,異號取差,由此可見,夏天炎熱季節澆筑混凝土到秋冬冷縮都是疊加的,拉應力較大;
Ｈ（ｔ,τ）-松弛系數。在保溫保濕養護條件下(緩慢降溫即緩慢收縮),松弛系數取０．３或０．５,當寒潮襲擊或激烈干燥時,松弛系數取０．８,應力接近彈性應力,容易開裂;
Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３（Ｔ１為水化熱溫差、Ｔ２為氣溫差、Ｔ３為收縮當量差,取代數和）;
εｐ-混凝土的極限拉伸。級配不良,養護不佳,取０．５×１０-４～０．８×１０-４;正常級配,一般養護,取１．０×１０-４～１．５×１０-４;級配良好,養護優良,取２×１０-４;配筋合理(細一些,密一些),可提高極限拉伸２０%～４０%。構造配筋宜為０．３%～０．５%;
Ｈ-均拉層厚度(強約束區);
Ｅ-混凝土彈性模量;
Ｃｘ-水平約束系數;
ｃｈ、ａｒｃｃｈ-雙曲余弦及雙曲余弦反函數;
ａ-線膨脹系數,一般情況εｐ≤｜ａＴ｜,當εｐ≥｜ａＴ｜時取εｐ＝｜ａＴ｜,［Ｌ］→∞。
裂縫開展寬度:
δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬ２（６）
δｆｍａｘ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍａｘ２（７）
δｆ＝２ψＥＨＣｘａＴｔｈβＬｍｉｎ２（８）
β＝ＣｘＥＨ（９）
式中,ψ-裂縫寬度經驗系數;
Ｃｘ-約束系數。
3.1.2 住宅長度超長
住宅平面超長,由于溫差和材料變形,會造成墻體和樓板橫向開裂。僅就長度而言,結構長度與應力呈非線性關系,如結構長度小于規范要求,結構內力影響很小。
3.1.3 平面形狀
當住宅臥室沿長度、寬度方向尺寸變化,由于樓板剛度不一致,會產生不相同變形,引起薄弱部位開裂。
3.2 結構設計方面原因
3.2.1 我國現行規范的設計原則是,整個建筑結構的功能必須滿足兩種狀態的要求:①承載力極限狀態,以保證結構不產生破壞,不失去平衡,不產生破壞時過大變形,不失去穩定。②正常使用極限狀態,以確保結構不產生超過正常使用狀態的變形、裂縫及耐久性、振動及其它影響使用的極限狀態。目前人們對承載能力極限狀態已給于足夠重視并嚴格執行,而對正常使用極限狀態有時容易被忽視。
3.2.2 從鋼筋混凝土現澆樓板各種受力體系分析,無論是按單向板設計還是按雙向板設計,是單跨還是多跨連續板設計;無論是板端支承在磚墻上還是支承在過梁或剪力墻內,受力狀態考慮都是局限于樓板平面的應力變化(按彎矩配置抵抗正、負彎矩的受力鋼筋)、板平面的受剪變形。即使是考慮板端嵌固端節點產生彎矩,也只是考慮板平面彎曲或屈曲所產生的應力。在樓板受力體系分析時,對于現澆結構構件之間在三維空間中如何分配內力、協調變形,根本沒有考慮。
3.2.3 目前不少設計人員只按單向板計算方法來設計配置樓板鋼筋,支座處僅設置分離式負彎矩鋼筋。由于計算受力與實際受力情況不符,單向高強鋼筋或粗鋼筋使混凝土樓面抗拉能力不均,局部較弱處易產生裂縫。部分設計人員對構造配筋,放射筋設置不重視或不合理,薄弱環節無加強筋。
3.2.4 結構設計對板內布線引起裂縫的構造考慮不夠。住宅電器、電信快速發展的今日,現澆樓板內暗敷ＰＶＣ電線管越來越多,甚至有些部位三根交錯疊放,兩根管交錯疊放更為普遍。ＰＶＣ管錯疊處板的抗彎高度大大降低,從而減弱了板的抗彎性能。
3.2.5 對開口樓板,特別是開洞口比較大的雙向板,設計時往往只考慮樓板在豎向荷載作用下的洞口四周加強配筋。由于縱向的受力鋼筋被切斷,而忽視了板與墻體或板與梁的變形協調問題。這時如墻或梁的剛度較大,板的孔邊凹角處未必出現應力集中現象,開洞板易發生翹曲。
3.3 建筑設計控制措施
3.3.1 屋面與外墻采取保溫措施按照建筑設計常規的做法,屋面設保溫隔熱層,使屋面的傳熱系數≤１．０Ｗ／ｍ２·Ｋ；外墻外表面或內表面相應設置保溫隔熱層,同時外墻面宜采用淺色裝飾材料,增強熱反射,減少對日照熱量吸收。根據具體情況,屋面和外墻的保溫設計應通過熱工計算,在不同季節均應能達到國家規范的要求,并結合當地的實際經驗，徹底解決溫度應力對屋面和墻體的破壞。
3.3.2 適當控制建筑物長度根據《混凝土結構設計規范》（ＧＢ５００１０-２００２）和《砌體結構設計規范》(ＧＢ５０００３-２００１),為避免結構由于溫度收縮應力引起的開裂,宜采取設置伸縮縫,伸縮縫間距為３０ｍ～５０ｍ。多層住宅建筑控制長度建議不大于５０ｍ,高層應控制在４５ｍ以內。如果超過此長度,應設置伸縮縫。超長量不大時,可采用設置后澆帶的方法,以減少混凝土樓板收縮開裂。
3.3.3 住宅平面形狀控制住宅平面宜規則,避免平面形狀突變。當樓板平面形狀不規則時,宜設置梁使之形成較規則平面。當平面有凹口時,凹口周邊樓板的配筋宜適當加強。
3.4 結構設計控制措施
3.4.1 工程裂縫產生的主要原因是混凝土的變形。如溫度變形、收縮變形、基礎不均勻沉降變形等,此類因變形引起的裂縫幾乎占到全部裂縫的８０%以上。在變形作用下,結構抗力取決于混凝土的抗拉性能,當抗拉應力超過設計強度時,應驗算裂縫間距,再根據裂縫間距驗算裂縫寬度。
3.4.2 現澆板板厚宜控制在跨度的１／３０,最小板厚不宜小于１１０ｍｍ（廚房、浴廁、陽臺板最小厚度不小于９０ｍｍ）。有交叉管線時板厚不宜小于１２０ｍｍ。
3.4.3 樓板宜采用熱軋帶肋鋼筋以增加其握裹力,不宜采用光圓鋼筋。分布鋼筋與構造鋼筋宜采用變形鋼筋來增加與現澆混凝土的握裹力,對控制樓板裂縫的效果較好。
3.4.4 設計時注意構造鋼筋的布置十分重要,它對構造抗裂影響很大。對連續板不宜采用分離式配筋,應采用上、下兩層連續式配筋;洞口處配加強筋;對混凝土梁的腰部增配構造筋,其直徑為８ｍｍ～１４ｍｍ,間距約２００ｍｍ。
3.4.5 屋面層陽角處、東西單元房間和跨度≥３．９ｍ時,應設置雙層雙向鋼筋,陽角處鋼筋間距不宜大于１００ｍｍ,跨度≥３．９ｍ的樓板鋼筋間距不宜大于１５０ｍｍ。跨度＜３．９ｍ的現澆樓板上面負彎矩鋼筋應一隔一拉通。外墻轉角處應設置放射鋼筋,配筋范圍應大于板跨的１／３,且長度不小于２．０ｍ,每一轉角處放射鋼筋數量不少于７根,鋼筋間距不宜大于１００ｍｍ。
3.4.6 現澆樓板的混凝土強度等級不宜大于Ｃ３０,特殊情況須采用高強度等級混凝土或高強度等級水泥時,要考慮采用低水化熱的水泥和加強澆水養護,便于混凝土凝固時的水化熱釋放。
3.4.7 在預埋ＰＶＣ電線管時,必須有一定的措施,ＰＶＣ管要有支架固定,嚴禁兩根管線交叉疊放,確須交叉時應采用專門設計的塑料接線盒,以防止塑料管在管線交叉對混凝土厚度削弱過多。在預埋電線管上部應配置鋼筋網片,（４＠１００ｍｍ寬度６００ｍｍ）。若用鐵管作為預埋管時,宜采用內壁涂塑黑鐵管,一方面既能保證黑鐵管(不鍍鋅鋼管)與混凝土的粘結力,同時也有利于穿線和不影響混凝土的計算高度。
3.4.8 后澆帶處理
（１）后澆帶應設置在對結構受力影響較小部位,一般應從梁、板的１／３跨部位通過或從縱橫相交部位或門洞口的連梁處通過。后澆帶間距不宜超過３０ｍ。
（２）后澆帶寬度為７００ｍｍ～１０００ｍｍ,板和墻鋼筋搭接長度應不低于４５ｄ,且同一截面受力筋搭接不超過５０%。梁、板主筋不宜斷開,使其保持一定聯系性。
（３）后澆帶澆筑時間不宜過早,以能將混凝土總降溫及收縮變形完成一半以上時間為佳。從目前混凝土的收縮量來看,估計３～６月方能取得明顯效果,最短不少于４５天。
（４）后澆帶中垃圾應清理干凈,接縫應密實,新老混凝土界面用１:１水泥砂漿接漿。后澆帶混凝土強度等級比原混凝土強度等級提高一級,且采用微膨脹混凝土,以防止新老混凝土界面產生裂縫。
（５）后澆帶混凝土接縫宜設置企口縫,混凝土澆筑溫度盡量與原老混凝土澆筑時溫度一致。
４結語
現澆鋼筋混凝土樓板裂縫是工程常見的質量通病,對于結構設計人員來講，也是實際工作中經常碰到的非常棘手的問題，只有在設計過程中針對各影響因素考慮全面、細致,嚴格遵守設計規范,才能大大減少現澆鋼筋混凝土樓板產生裂縫的可能。
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