从建筑结构设计谈现浇钢筋混凝土楼板的裂缝问题
关键词:钢筋混凝土结构，楼板裂缝，裂缝控制措施
近年来,随着住宅建设的快速发展,不论是砖混结构还是框架结构,现浇钢筋混凝土楼板开裂现象不断增加,虽然楼板裂缝并不影响结构的安全性能,但对房屋的使用功能和耐久性以及美观有一定的影响,并且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,成为投诉热点.因此,本文从建筑结构设计的角度对现浇钢筋混凝土楼板裂缝的产生原因和控制措施进行分析探讨.
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穿线管处混凝土厚度减薄,从而引起应力集中,容易沿管线方向出现表面裂缝.
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
2.145°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穿线管暗敷埋处.
2.3长裂缝
一部分房间预埋PVC穿线管的板面上出现裂缝,裂缝宽度达0.2～0.3mm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产生的原因
造成现浇钢筋混凝土楼板开裂的原因较多:有设计原因、施工原因、材料原因等,本文仅从设计方面进行探讨.
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
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.
3.1.2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.
3.1.3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.
3.2结构设计方面原因
3.2.1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①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.②正常使用极限状态,以确保结构不产生超过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.
3.2.2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钢筋混凝土梁上或剪力墙内,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.
3.2.3目前不少设计人员只按单向板计算方法来设计配置楼板钢筋,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.
3.2.4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PVC穿线管越来越多,甚至有些部位3根交错叠放,2根管交错叠放更为普遍.PVC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.
3.2.5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,板的孔边凹角处出现应力集中现象,开洞板易发生翘曲.
4从设计方面采取裂缝控制措施
4.1建筑设计控制措施
4.1.1屋面与外墙采取保温措施屋面设保温隔热层,使屋面的传热系数≤1.0W/(m2•K);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.根据楚雄州的具体情况,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《公共建筑节能设计标准》和《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》要求,彻底解决温度应力对屋面和墙体的破坏.
4.1.2适当控制建筑物长度根据《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)[和《砌体结构设计规范》(GB50003—2001)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30～50m.多层住宅建筑控制长度建议不大于50m,高层应控制在45m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.
4.1.3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.
4.2结构设计控制措施
4.2.1楼板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80%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.