某大跨度钢筋混凝土梁设计与裂缝控制.pdf

第5 期 2 O o 5 年5 月 广东土木与建筑 GUANGD0NG ARC HI T ECT URE C I VI L ENGI NEERI NG N 0 5 M A Y 2 帅5 某大跨度钢筋混凝土梁设计与裂缝控制 李冕贵 ( 广 州承 总设 计院 广 州 5 1 0 6 2 0 ) 摘 要 ： 混凝土膨胀或收缩变形与其 限制是一矛盾的统一体， 膨胀时要通过钢筋和邻位元约束才能在结构 中建 立预压 应 力， 因此设 计 中采 用细 而密 的配 筋原 则 ， 必要 时 适 当增 大配筋 率 。 关键词： 裂缝控制；计算 ；设计；施工 1 工程概 况 某小学教学楼高 4层 ，总建筑面积 5 3 0 0 m 2 屋 面层考虑建筑效果需要 ，设计采用跨度 2 3 5 m的钢 筋混凝土现浇梁( 如图 1 ) ， 如按常规截面设计 ， 则裂 缝控制验算结果将不符合 混凝土结构设计规范 的 要求。由于该梁位于上人屋顶边跨 ， 故按建筑专业 要求砌筑女儿墙 ， 采用钢筋混凝土浇筑 ， 将其高度作 为该梁截面高度的一部分 ， 相 当于把该梁高度部分 用作屋面女儿墙 ， 既不影响建筑立面效果 又可达到 裂缝控制 目的 2 构件裂缝宽度计算比较 2 1 梁截面设计为 4 0 0 x 1 9 5 0 ， 保护层厚 3 5 ra m 配筋 为 H R B 3 3 5 钢筋 1 2 3 2 ， 混凝土强度等级为 C 2 5 弯 矩标准值为 3 1 4 2 k N m。 按 混凝土结构设计规范 计算最大裂缝宽度： = = 砸 9 6 5 0 4 = 0 _0 2 5 一 _ 一 二 _0 i _6 一 u s k= = 3 1 4 2 1 0 6=2 0 2 3 N r am 0 8 7 x 9 6 5 0 4 x1 8 5 0 mr l l 2 u 一 一一 = 1 1 一 o 6 5 = 1 1 一 o 6 5 丽1 7 8 P = o 8 71 t C r s k U U2 2 UZ j 一 ： ( 1 9 c + 0 o 8 ) - 2 1 0 8 7 l ( 1 _ 9 3 5 + 0 0 8 ) =O 3 1 2 m m co 一= 0 3 ra m， 满足规范要求。 2 2 梁截面设计为 4 0 0 x 1 9 5 0 ， 保护层厚 3 0 ra m， 配筋 为 H R B 3 3 5钢筋 1 9 2 5 ， 昆 凝土强度等级为 C 2 5 弯 矩标准值为 3 1 4 2 k N m。按规范计算最大裂缝宽度： =一 9 3 2 7 0 5 x 4 0 0 x 1 9 5 0 + ( 9 0 0 - 4 0 0 ) x 1 0 0= O O 2 l 一 u u l ：一三 ：2 0 9 3 N m m 0 8 7 x 9 3 2 7 xl 8 5 0 =1 1 一 O 6 5 丽 1 7 8 = O 8 4 r rB x = 2 1 0 8 7 l ( 1 _ 9 3 0 + 0 0 8 ) =0 2 7 9 ra m co = O 3 ra m， 满足规范要求。 7 - -l 1 9 0 0 0 9 0 0 0 L 1 m一 L I 4 o 【 J 1 删 3 0 0 o 砌 砌 3 0 3 0 3 0 0 O I 3 5 0 0 l 3 5 0 0 1 4 5 0 0 l 1 I n m l m I l 、 i l i l I l 蕈 圭 4 i l i i 斗 十 卜 十 l jI ： l 士 8 毒 l j 器 二i一 一 二=C 1 It, j 姗 i i 一 ：舢 ； 善 4 1 I ll i _ l 。 星 姗 I 一 图 1 结构 平面 图 8 维普资讯 http:/ 2 0 0 5 年5 月 第5 期 李冕贵： 某大跨度钢筋混凝土梁设计与裂缝控制 M A Y 2 0 o 5 N o 5 2 3 设计 中应注意 的问题 裂缝宽度验算是在满足构件承载力的前提下进 行的 故在已知截面尺寸和配筋率的情况下， 可能出 现挠度满足要求但裂缝宽度不满足要求的情况 ， 且 通常配筋率低和钢筋直径偏大。因此 ， 当计算最大裂 缝宽度稍微超出允许值时，常可采取减小钢筋直径 和较密集布筋的方法 ， 个别开口部位和墙柱连接处 因应力集中而较易开裂， 故应配置附加钢筋， 必要时 适当增大配筋率。 由以上计算可知，裂缝宽度验算主要与钢筋应 力 、 有效配筋率和钢筋直径等有关 ， 受拉及受弯构件 当承载力要求较 高时往往不 能同时满 足裂缝 宽度或 变形限值要求 ， 这时增大截面尺寸或增加用钢量显 然较不经济合理 ， 而采用预应力则是较有效的措施。 3 施工 防裂措施 目前商品混凝土应用较广 ， 虽然其强度有保证 ， 但水灰 比和流动性均较大， 混凝土收缩较易导致裂 缝 ， 故施工中应采取以下防裂措施 ： ( 1 ) 严格控制原材料质量， 选用水化热较低的水 泥品种， 在保证强度的前提下尽量减少其用量 并掺 入适量粉煤灰以改善其和易性 ， 骨料含泥量控制在 1 以下 ， 水 灰 比为 0 4 ( C 3 0混 凝土 ) ， 以大 幅减小 干 缩值， 混凝土浇灌振捣时间适当延长 ， 以提高混凝土 密实度和抗裂性能 ( 2 )注意掌握拆模时间， 尽可能延长混凝土的养 护时间 ， 浇筑完毕后其浇水养护时问应不少于 1 4 d ， 并用草袋覆盖 ，当平均气温低于 5 时则不浇水并 采取保温措施 ，拆模后其表面温度下降 1 5 以上 ， 目前最常见的混凝土收缩变形裂缝是与湿度变化有 关 的毛细收缩 及吸 附收缩 ， 另外 由于 混凝 土 的水分 蒸 发及 含水量 不均 而形成湿 度 梯度 ， 较 易 引起 收缩 应力而导致混凝 土表 面开 裂 ( 3 )混凝 土浇 注后约 4 1 5 h后水 泥水 化反 应急 剧， 出现泌水和水分迅速蒸发等现象， 容易引起失水 收缩 ， 而此 时骨 料与胶 合料 之 间也产 生不 均匀 沉缩 变形 ， 该塑性收缩会在混凝土表面特别是养护不 良 部位出现龟裂， 裂缝大多呈不规则状 ， 宽 1 2 m m， 间 距 5 l O e m。由于沉缩作用 ， 这些裂缝往往沿钢筋分 布， 水灰 比大， 水泥用量大 ， 外掺剂保水性差 ， 粗骨料 少 ， 振捣不良， 环境气温高 ， 表面失水大等均能导致 塑性 收缩表面开 裂。 1 4 混凝土所处的大气环境， 如温、 湿度和风速等都 对 其收缩 有影响 ， 特 别是 风速增 大会 加 速混凝 土水 分蒸发 ， 容易引起早期表面裂缝 。建筑物环境温度 由空气温度和太阳热辐射在建筑物表面产生的 日照 温度组成 ， 它对结构的作用使得结构或构件变形受 约束时将引起应力， 框架变形受到地基基础约束 ， 由 于外约束会引起约束应力 ， 使结构构件承受非均匀 受热或收缩 ， 而构件各质点问的相互约束作用称为 内约束或 自约束 ， 由于构件截面各点可能有不同温 度和收缩变形 ， 引起连续介质各点间的内约束应力。 结构混凝土开裂原因除抗拉强度不足外 更重 要的是变形超出极限拉伸值 存一般配筋情况下能 提高其极限拉伸值 ，但配筋率过大若在 5 以上时 则会引起 自约束应力过大而导致开裂。 4 结语 混凝 土裂缝 的 主要 原 因是 变形 作用 引起 的 包 括温、 湿度和不均匀沉降等， 且混凝土构件存在裂缝 是 绝对 的 ， 相关试 验研 究证 实 尚未施 加荷 载 的混 凝 土和钢筋混凝土结构中均已存在微观裂缝 ，但对使 用功能如防水、 防腐 、 承载等均无危害 ， 故可视为无 缝结构。 肉眼可见的宏观裂缝通常宽度在 0 0 5 m m以 上 ， 根据国内设计规范及有关试验资料 混凝土最大 裂缝宽度的控制标准大致为 ：无侵蚀介质和无防渗 要求时为 O _3 0 4 m m；轻微侵蚀和无防渗要求时为 O 2 0 3 m m： 严重侵蚀和有防渗要求时为 O 1 0 2 m m 。 上述标准是设计上和检验上的控制范围 在工 程实践中某些结构带有非荷载作用产生的裂缝且宽 度较大， 多年未作处理仍无破坏危险， 但当结构裂缝 经分析认 为是 由变形作用引起时 ， 为防止有害介质 沿裂缝侵入促使钢筋锈蚀而影响结构耐久性 ， 对裂 缝部位需进行表面封闭处理 参 考 文 献 1 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 混 凝 土结构 设计 规 范 2 东南 大学 、 同济大学等合编混凝土结构设计 原理 北 京 ： 中国建 筑T 业 出版社 ， 2 0 0 1 3 李国胜编多高层钢筋混凝土结构设计巾疑难问题 的处 理及算例北京： 中国建筑 丁业 I I 版社 2 0 0 4 维普资讯 http:/