・ｌ１０・ Ｉ・Ｊ 材 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１０年第２期 第３６卷总第１５４期 ２０１０年４月 基于现浇钢筋混凝土结构在强约束条件下的 裂缝成因分析与控制措施探讨 李二生 （湖南东方建设股份有限公司，湖南邵阳４１５９００） 摘要：本文详细阐述了在强约束条件下现浇钢筋混 主要原因就是其所受的约束较小。 ２．４顶层结构 凝土结构．裂缝分布特点，对强约束的钢筋混凝土结构裂缝 控制措施进行了深入探讨，并结合工程应用实例进行了分 析说明。 高层建筑楼层结构越往上所受的约束越小，其水平位 移越大，符合“约束强变形小、约束弱变形大”的规律。因 此，距离底部基础约束最远的顶层结构所受的约束最小， 其水平位移最大。但是顶层上部由于无约束或约束极小（如 屋面机房对其的约束），受到的下部结构约束与上部相比很 大，再加上顶层结构温差变化大，屋面板面大体薄对温度 变化敏感，加上屋面板转角部位分别受到两个方面的约束， 因此屋面板容易在转角部位产生八字形裂缝。还有一些屋 面南侧边梁受到日照温差相当大，因此南侧边梁也容易产 生竖向裂缝。 ２．５屋面女儿墙 一 关键词：强约束；现浇钢筋混凝土；裂缝；控制 中图分类号：ＴＵ７５５．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—４０１１（２０１０）０２一Ｏｌ１０—０３ １ 引 言 建筑工程现浇钢筋混凝土结构产生结构裂缝的原因很 多，主要是由温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降等变 形作用引起的。据有关统计，由变形作用引起的裂缝几乎 占全部裂缝的８０％以上。其中，在条件相同的情况下，强 约束部位工程裂缝出现的概率更大、裂缝更宽。结构物的 变形受到约束后才产生约束应力，当约束应力超过钢筋混 屋面女儿墙的约束情况与地下室外墙板、顶层结构相 似。女儿墙受到的下部约束很大，而上部由于一般只按构 造要求设一道压顶梁，上部约束很小，’再加上女儿墙为薄 壁结构，温差变化大，极易产生收缩裂缝。 凝土结构的抗拉强度时便产生裂缝，因此约束强弱对结构 物是否产生裂缝有着相当大的影响。 ２ 结构在强约束条件下的变形与裂缝特点 高层建筑中地下室外墙板、二层梁、顶层梁板与屋面 ３大底板多塔楼建筑结构在强约束条件下的变形 与裂缝 ． 女儿墙由于所受约束极大，比一般情况下更易产生裂缝， 工程实践中经常会在这些部位出现裂缝。 ２．１地下室结构 大底板多塔楼高层建筑产生的裂缝除具有一般高层建 筑的特点外，还具有其自身的特点。大底板底板与地下室 楼面在塔楼部位受到的水平约束与竖向约束均很大，因此 在塔楼与裙房（或广场）的连接部位容易产生裂缝。 ３．１大底板底板 地下室工程中最容易产生裂缝的部位是外墙板，底板 与顶板产生裂缝的概率不大，其主要原因是：高层建筑地 下室结构往往超长，外墙板受到地下室底板的强大约束， 其约束远远大于地下室底板与顶板所受的约束。外墙板产 生的裂缝绝大多数为竖向裂缝，多数缝长与墙高相当，两 大底板多塔楼高层建筑经常采用桩筏或桩箱基础其特 点是竖向荷载的差异，使塔楼与裙房或广场产生差异沉降， 这种类型的桩筏或桩箱基础的一个特点是底板厚度Ｈ远小 于长宽尺寸Ｌ，当Ｈ／Ｌ小于或等于０．２时，底板在温度收 端逐渐减小。裂缝大部分出现在拆模后不久，有的还与环 境温度变化梯度有关。一般情况下为表面裂缝，有时也有 贯穿裂缝。 ２．２底层结构 缩变形作用下，离开端部区域，板的全截面受拉应力较均 匀。在不均匀沉降作用、地基约束、塔楼竖向作用力下， 将出现水平法向应力，该应力是引起垂直裂缝的主要原周， 尤其在底板厚度或肋梁较小的裙房与广场部位特别容易产 生裂缝。一般横向裂缝产生是由于上部荷载的不均匀作用， 高层建筑一、二层在上部结构中所受约束最大。地下 室外墙板与顶板厚度大、配筋密集，地下室结构本身受到 地下室基础、底板、外侧土体的约束，因此地下室结构对 上部一、二层的约束很大。高层建筑一、二层结构梁板经 常会出现横向裂缝，特别是位于两个电梯井间（电梯井采 用筒体结构）的大梁，该大梁还受到两个钢筋混凝土简体 的强大约束，实际工程中经常有竖向裂缝出现，裂缝一般 位于板下梁的两侧，有时裂缝在梁底跟通，这些裂缝通常 是表面裂缝，深度在１ ｃｍ～２ ｃｍ以内。 ２．３中间层结构 导致地基与基础受力不均匀，在差异沉降、底板收缩与地 基约束下，底板自身的刚度不够，调节不均匀受力的能力 较弱，遂产生了横向裂缝。沿底板对角线分布的斜向裂缝， 其裂缝宽度一般呈现中间大两端小的枣核状，具有较明显 的受剪破坏的特征，也是在差异沉降与地基约束作用下， 底板自身的刚度不够而产生的。有时在塔楼与广场连接处 的柱子会出现沿柱根呈“口”字形的裂缝，裂缝进一步发展 时，“口”字四角再向外呈斜向发展，长度一般较短。 高层建筑中间结构层梁板产生裂缝的情况很少，一个 ２０１０年第２期 第３６卷总第１５４期 Ｊ ｕａｎ ＢｕｉＭｉｎ ｇ Ｍａ ｒｉａ ・１１１・ ２Ｏ１Ｏ年４月 ３．２地下室顶板 ５．１减小约束 大底板多塔楼高层建筑的地下室顶板平面尺寸一般都 很大、各边长度超长，温度变化引起的伸缩与混凝土自身 收缩值均较大。塔楼大量的混凝土墙柱与剪力墙是结构中 重要的抗侧力构件，它的存在大大提高了结构的抗侧移能 减小约束从根本上缓解裂缝的产生。对超长结构和大 底板塔楼结构可以采用后浇带、伸缩缝，充分释放混凝土 的伸缩应力，给结构留有合理的伸缩空间。对处在基岩或 老混凝土上的基础或结构采用设置滑动层和铰接点的方法。 如对斜形车道，可将其另一端设在具有滑动层的自然基础 上。 ５．２加强刚度 力，加大对顶板变形的约束。由于顶板受到周边塔楼结构 的强约束，而中间广场部位有一个较大的空间，只受到地 下室墙柱的弱约束，因此顶板周边受到的约束远远大于中 央部位受到的约束，周边受到的应力也远远大于部位。 由于顶板在塔楼附近应力集中，因此裂缝首先在这里产生。 由于平面尺寸大、结构超长，顶板其它部位也逐渐有裂缝 加强结构刚度，提高整体抗裂能力。在强约束区提高 配筋，减小钢筋间距和钢筋直径，提高混凝土与钢筋的协 同作用，提高抗裂能力。如：可在地下室外墙板中设置暗 梁；在竖向荷载变化很大的连接部位加密钢筋；对加强大 产生，顶板中心由于约束很弱，一般无裂缝产生。塔楼部 位的顶板受到地下室与上部结构的约束均较大，而自身的 梁板跨度均较小且梁断面较大、刚度较好，一般不会出现 裂缝。 ３．３地下室外墙板 底板多塔楼高层建筑地下室底板整体刚度，提高其调节不 均匀沉降的作用与抗裂能力；加强混凝土配合比的设计等。 ５．３施加预应力 施加预应力直接约束结构的变形，减小因约束而产生 的内力，从而防止结构开裂。预应力技术尤其适合于楼面 结构，楼面结构的裂缝以横向为主，纵向钢筋的配置对其 有重大的影响，一般可在纵向主梁中采用预应力筋以施加 ５．４施工措施 大底板多塔楼高层建筑地下室外墙板除具有一般地下 室外墙板的特点外，由于外墙板受到塔楼结构的强约束， 因此外墙板除具有一般的竖向裂缝外，在裙房（或广场）与 塔楼连接处易产生较大的裂缝，裂缝一般呈竖向略带斜向，’ 预应力。 裂缝上部靠近塔楼，下部靠近裙房。 ４其它结构在强约束条件下的变形与裂缝 ４．１汽车坡道 加强施工，做好混凝土的养护工作，尽可能提高混凝 土的实际强度。严格掌握后浇带的封堵时间，使混凝土有 充分应力的时间等。 现代建筑物经常具有车辆直接进入二层的汽车坡道， 一层通常作为车库。车道一端与一层楼面连接，另一端位 ６工程应用实例 ６．１实例１ ． ’ 于室外自然基础或地下室顶板上，平面布置如图１。由于车 道的斜向布置使其具有极强的约束，特别是另一端位于地 湖南某工程有地下室一层且连成整体，上部由７幢高 层主楼组成。整个平面呈一个大的“Ｌ”形，两个长边分别 下室顶板上的情况，使车道产生平行于横向的裂缝，裂缝 经常为贯穿性的。 达到１５３．５ ｍ、１３３．６ ｍ。主楼采用框架剪力墙结构。广场 地下室采用框架结构，柱网间距８．２ｍ。每幢主楼有两个东 西对称布置的电梯间和楼梯间混凝土简体。地下室外墙板 产生较多竖向表面裂缝，间距在３ ｍ一４ ｍ，个别有渗水现 象。地下室底板无明显裂缝与渗水现象。地下室顶板产生 了较多斜向４５。裂缝且大多有渗水现象，裂缝主要分布在强 约束区与应力集中的大阴角处，如图３所示。 ｌ０ｏ 图１建筑平面布置图 ／／／ Ｌ１＝ ／’ ４．２回字形结构 有些工程由于使用的需要，设计成“回”字形的内外 两个钢筋混凝土简体，两简体间采用梁板连接。当内外两 个简体间距较近时，梁板受到的变形约束极大，容易在楼 面产生裂缝。某工程为地下一层结构，由内外两个简体构 成，中间为无顶板水池，四周为走道有顶板，混凝土强度 ￣／。 ／Ｉ／／ 等级为Ｃ３０。内外简体墙板厚度分别为２５０ ｉｎｎｌ、３００ ｍｍ， 顶板厚度为１２０ ｍｍ，顶板配筋为上下双层双向１０ ｒａｍ＠１５０ 图２顶板裂缝示意图 图３地下室项板裂缝示意图 ｍｉｌｌ。顶板刚度相对简体很弱，受到的约束很大。顶板产生 的裂缝如图２所示，在角部呈４５。角分布，中间呈垂直于简 体方向布置。 ７幢主楼连接两个电梯间、楼梯间的二层大梁均有裂缝 产生。裂缝在梁侧呈竖向分布，上端接近于板底，下端通 到梁底，梁底下侧个别也有连通。裂缝深度在１ ｃｍ以内。 三层该部位大梁也有少量裂缝产生，四层以上该部位大梁 ５强约束条件下结构裂缝的技术控制处理措施 没有裂缝发现。由于顶层边梁配筋得到加强，屋面板转角 ・１１２・ Ｉ 之材 ２０１０年第２期 第３６卷总第１５４期 ２０１０年４月 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 均配置了上下层放射筋，因此顶层结构没有发现裂缝。 ６．２实例２ 收缩变形进行到一半以上，以有效释放应力。 ６．４上部裂缝控制 湖南某工业科技园综合楼工程建筑面积５６ １００ １１ｑ２，Ａ 楼地下一层，地上六层，结构长度（含悬挑结构）为３００．５ ｍ，基础采用人工挖孔桩与钻孔灌注桩，底板厚度为４０ ａｍ， （１）加强刚度。板的配筋采用连续式配筋，上部结构 楼面板厚为１２０ ｍｍ，纵向板筋为上下１８＠１５０ ｍｍ，屋面板 厚度为１２０ ｒａｍ，纵向板筋为上下１２＠１２５ ｒｉｌｌｎ，对转角处楼 板配置上下两层放射筋。 结构形式为全现浇框架结构，混凝土强度等级为Ｃ３０，上 部建筑采用通透式设计，外墙采用落地式大排窗。 （２）预加预应力。纵向框架梁采用无粘结预应力技术， 按施工段划分为６个区块，每个区块以后浇带为界进行分 段张拉，每段长度均在５０ ｍ左右，后浇带处梁增设骑缝筋 连接，也采用预应力技术。 （３）施工控制。材料控制与施工控制类同于地下室结 构施工。 ６．５施工效果 【４８６００【４ｏ５ｏ０ ５ｏ ４３ｏｏ ３４４３４４０５００Ｊｌ出４０５００ Ｉ ． Ｉ ． １ ． Ｉ ｌ Ｉ． Ｉ 。 ｌ Ｌ———— ————二 盯 圈４地下室平面示意图 十 通过采取了一系列技术处理措施后，该强约束结构部 位情况良好，经过近两年多的使用，没有发现结构裂缝和 渗漏水现象。 ６．３ 强约束条件下地下室结构裂缝控制措施 ７结语 （１）减少约束。在２９轴设置一条伸缩缝分成东西两 块，每块底板又设置了两条后浇带，如图４地下室平面示 实践表明，尽管在强约束条件下现浇钢筋混凝土结构 更容易产生结构裂缝，但只要对结构裂缝部位产生的原因 深入分析，并采取合理有效的针对性措施，其结构裂缝是 可以得到有效控制的。 参考文献： 意图所示。地下室底板、外墙板、室外顶板及后浇带的混 凝土均采用掺入１０％ＵＥＡ—Ｈ的微膨胀混凝土，提高混凝 土抗伸缩能力。 （２）加强刚度。地下室底板与外墙板在满足要求的前 提下纵向钢筋的小而密。底板上下配置１８ ｍｍ＠１５０ ｉ，ｎｍ钢 筋网。外墙板厚度为３００ ｍｍ，水平筋配置为１４ ｍｍ＠１５０ ｉｎｌｎ。掺加粉煤灰、膨胀剂、外加剂等减少水泥与水的用 ． ［ＩＤ：５５７１］ ［１］ＧＢ５００１０—２００２，混凝土结构设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工 业出版社，２００２． 量，提高混凝土极限拉伸值。黄砂采用中砂，碎石采用连 续的５ ｍｍ一２５ ｍｍ粒径，塌落度为１２ ａｍ。 （３）施工控制。按后浇带为界分块分批浇注，保证每 一［２］ＪＧＪ３—２００２，高层建筑混凝土结构技术规程［ｓ］．北京：中国建 筑工业出版社． ［３］王铁梦．超长大体积混凝土裂缝控制［Ｊ］．混凝土工程新技术， １９９８． 块混凝土的热量能最大限度地释放，使混凝土内不会集 中较大的收缩应力。加强养护，加快土方回填。后浇带的 ［４］ 李国胜．建筑结构裂缝及加固疑难问题的处理一附实例［，Ｍ］． 北京：中国建筑工业出版社，２００６． ． 填充时间为结构混凝土浇捣后三个月，使结构的总降温与 （上接第１０９页） 护、试块留置等各环节均有施工人员专管，对于大体积混 凝土、重要结构必须采用自动计量设备或采用商品混凝土。 并严格按照监理方提出的质量监控图进行。实行旁站监理 改进技术措施，然后重新焊接，使之全部达到规范、标准 的要求，并严格《建筑安装工程质量检验评定标准》进行验 收。 哪一道工序不符合规范 标准要求，立即通知施工单位质 检人员组织整改，加强管理。 、 （３）混凝土。混凝土是工程中使用最为普遍的施工材 料，它的质量不仅涉及到各种原材料的质量，而且影响建 ．筑物的工程质量。影响混凝土的因素很多，诸如，各种组 ６结语 成材料的计量、配合比、搅拌、运输、振捣、养护等一系 列环节，均是影响混凝土质量的重要因素，因此，材料监 通过几年的监理工作，在材料监理的实践中深深体会 到：对工程材料的质量监理要采取目测和检测相结合；抽 理的一大内容便是对混凝土的质量监理。在混凝土的质量 监理中，必须要在水泥、砂、石、水、外加剂等均满足质 检和检验相结合；直接控制和间接控制相结合；严格遵循 监理程序，加强合同管理，以监为主，监、帮、促相结合， 方可确保工程材料质量，为有效地控制工程质量奠定基础。 ・ ［ＩＤ：５５７８］ 量要求的前提下，首先审核混凝土的配合比是否正确，用 于计量的各种表具、量具等是否具有计量部门出具的各格 证，搅拌时间是否适中，运输中是否发生离析，振捣、养
