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【摘 要】 钢筋混凝土结构具有较高的承载力和受力性能，以及砂、石易就地取材，耐久、耐火，可模性好，整体性好，刚度大，在正常情况下可用来代替钢结构等一系列优点。其结构形式已占据建筑工程的主流，运用越来越广泛。
【关键词】 荷载裂缝；非荷载裂缝；温度收缩裂缝；材料收缩裂缝；锈蚀膨胀裂缝
【中图分类号】 TU528.0 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2012）01-076-02
钢筋混凝土也存在几个主要缺点，抗裂性差是其一。由于混凝土的抗拉强度非常低，一般抗拉强度为抗压强度的1/10~1/20，之间且不成比例增长；所以普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还给人造成一种不安全感。本人就根据学校所学的专业理论知识和现场施工的实践经验浅谈一下关于钢筋混凝土裂缝的形式、产生的原因、控制的方法。
１ 钢筋混凝土裂缝的形式
裂缝按其形成的原因可以分为两大类：一类是由荷载引起的裂缝；另一类是由非荷载引起的裂缝，如由材料收缩、温度变化、混凝土碳化（钢筋锈蚀膨胀）以及地基不均匀沉降等原因引起的裂缝。引起裂缝的上述两大原因中，那一种是主要的呢？调查表明，工程实践中结构物的裂缝原因，属于非荷载（变形变化）为主的约占80%，属于荷载为主引起的约占20%。
２ 钢筋混凝土裂缝产生的原因
钢筋混凝土构件中，裂缝的方向与结构的受力状态有直接关系，一般与主拉应力方向垂直。荷载裂缝是由荷载产生的主拉应力超过混凝土的抗拉强度引起的。在非荷载裂缝中，最常见的是温度收缩，它是混凝土收缩与冷缩共同作用的结果。控制钢筋混凝土裂缝的方法主要是从这两方面着手。在非荷载裂缝中值得注意的另一种裂缝是由碳化引起的锈蚀膨胀裂缝。对于保护层较薄、混凝土密实度较差的构件，混凝土的碳化过程在较短的时期就达到钢筋表面，混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋因锈蚀而体积增大，将混凝土胀裂，形成沿钢筋长度方向的纵向锈蚀膨胀裂缝。这种裂缝的特点是“先锈后裂”，一旦出现问题已十分严重。《规范》控制这种裂缝的措施是，规定受力钢筋的混凝土保护层最小厚度。
３ 钢筋混凝土裂缝控制的方法
3.1 荷载裂缝的控制。结构构件除应满足承载能力极限状态的要求以保证其安全性外，还应满足正常使用极限状态的要求，以保证其适用性和耐久性。因此荷载裂缝控制就是除了进行承载能力计算外，还要进行正常使用情况下的裂缝和变形极限状态验算。
3.1.1 承载能力极限状态计算方法：当结构或结构构件达到最大承载力，或者达到不适于继续承载的变形状态时，称该结构或该结构构件达到承载能力极限状态。如整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；结构构件或连接因材料强度被超过而破坏；结构转变为机动体系等均达到了承载能力极限状态。
我国规范采用以概率理论（或称为可靠度理论）为基础的极限状态设计法和用多个分项系数表达的设计式进行设计。因此结构构件的承载能力极限状态计算应根据荷载效应（即内力）的基本组合和偶然组合进行，其一般公式为：
γ0S≤R
式中γ0——结构构件的重要性系数
S——内力组合设计值
R——结构构件的承载力设计值
我国《建筑结构设计统一标准》根据建筑结构破坏后果的严重程度，将建筑结构划分为三个安全等级。对安全等级为一级、二级和三级的结构构件，其结构构件的重要性系数（γ0）分别为1.1、1.0和0.9。
内力组合设计值一般可按结构力学方法计算。荷载效应组合分为基本组合和偶然组合。对于基本组合，其一般公式为：
S=γGSGK+γQiSQ1K+∑γQiψCiSQiK（公式一，∑，n，i=2）
S=γGSGK+ψ∑γQiSQiK（简化公式，∑，n，i=1）
式中SGK——永久荷载标准值在计算截面上产生的内力
SQ1K 、SQiK——可变荷载的标准值在计算截面上产生的内力，其中，SQ1K为主导可变荷载在计算截面上产生的内力，SQiK为除主导可变荷载在计算截面上产生的内力。
γG——永久荷载分项系数，见下表；
γQi——第i个可变荷载分项系数，见下表；
ψCi——第i个可变荷载组合系数，见下表；
ψ——简化设计表达式中采用的荷载组合系数，见下表。
对于偶然组合，内力组合设计值宜按下列规定：偶然荷载（如地震）的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的可变荷载，可根据观测资料的工程经验采用适当的代表值。
荷载分项系数及荷载组合系数取值表
结构构件的承载力设计值的大小，取决于截面的几何尺寸、截面上钢筋的配筋率以及混凝土和钢筋的强度设计值等多种原因，它的一般形式为：
R=R（fC，fS，aK……）
式中：fC——混凝土的强度设计值（根据分析法和工程经验确定的）
fS——钢筋的强度设计值（强度标准值/材料分项系数）
aK——几何参数的标准值；当几何参数的变异性对结构性能有明显影响时，可另增加一个附加值Δa以考虑其不利影响。
由此可以看出，我国规范关于结构构件承载能力极限状态的计算公式，是以荷载标准值和材料强度标准值作为基本指标，并且用结构重要性系数、荷载分项系数、材料分项系数以及内力组合等多个分项系数进行表达的。
3.1.2 正常使用极限状态下的验算方法：对结构构件进行正常使用极限状态的验算时，应根据不同要求，分别按荷载的短期效应组合、长期效应组合或短期效益组合并考虑长期效应组合的影响进行验算，以保证变形、裂缝、应力等计算不超过相应的规定限值。
荷载的短期效应组合按下式计算：SS=SGK+SQ1K+∑ψCiSQiK（公式二，∑，n，i=2）。将公式二与公式一对比后可以看出，在公式二中，永久荷载和可变荷载的分项系数均取1.0，即荷载的短期效应组合，是永久荷载标准值和可变荷载标准值产生的内力的组合。这是因为结构构件的适用性和耐久性不如安全性那样重要，因此对可靠度的要求可适当放宽的缘故。
荷载的长期效应组合按下式计算：SL= SGK+∑ψqiSQiK（∑,n,i=1）。式中ψqi为i个可变荷载的准永久值系数，ψqi=可变荷载的准永久值/可变荷载的标准值。ψqi可以在相关规范中查用。由此可见，荷载的长期效应组合是永久荷载标准值产生内力与可变荷载准永久值产生的内力的组合。
根据正常使用阶段对结构构件裂缝的不同要求，将裂缝的控制等级分为三级：正常使用阶段严格要求不出现裂缝的构件，裂缝控制等级属一级；正常使用阶段一般要求不出现裂缝的构件，裂缝控制等级属二级；正常使用阶段允许出现裂缝的构件，裂缝控制等级属三级。
进行裂缝验算应该根据使用要求选用不同的裂缝控制等级，且满足以下三点规定：①对裂缝控制等级为一级的构件，要求按荷载短期效应组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。②对裂缝控制等级为二级的构件，要求按荷载长期效应组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；而按荷载短期效应组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力。③对裂缝控制等级为三级的构件，要求按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合影响计算的裂缝宽度最大值不超过规范规定的允许值，即Wmax≤[Wmax]。
3.2 非荷载裂缝的控制。
3.2.1 非荷载裂缝中的温度收缩裂缝是由于内部或外部约束，当混凝土不能自由收缩与冷缩时，会在混凝土内引起约束拉应力而产生的裂缝。《规范》控制这类温度收缩裂缝的措施是规定钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距。现场实际施工中还有多种控制温度收缩的措施。钢筋混凝土的温度变形对大体积混凝土、纵长混凝土结构及大面积混凝土工程等极为不利，很容易造成温度裂缝。对此可以采用低热水泥，并掺加缓凝剂及采取人工降温，具体施工上可采取分层、分段的浇筑混凝土。
3.2.2 非荷载裂缝中的材料收缩裂缝主要表现为钢筋混凝土的干湿变形。干湿变形对钢筋混凝土危害较大，它可使其表面产生较大的拉应力而引起许多裂纹，从而降低其抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性。影响钢筋混凝土干湿变形的因素很多，主要有以下几方面：①水泥的用量、细度及品种的影响。由于干湿变形主要由混凝土中水泥石的干缩所引起的，而骨料对于干缩有制约作用，因此在水灰比不变的情况下，混凝土中水泥浆量愈多，混凝土干缩率愈大。水泥颗粒愈细，干缩愈大。采用不同水泥品种的混凝土干缩率也相差很大。控制材料收缩裂缝关键要选择合理的水泥。②水灰比的影响，控制材料收缩裂缝要控制钢筋混凝土的最大水灰比。③骨料质量的影响，控制材料收缩裂缝要选用正确的骨料。④钢筋混凝土施工质量的影响，混凝土浇筑成型要密实，养护要到位并尽量延长养护时间。
３.2.3 非荷载裂缝中由于地基不均匀沉降引起的裂缝，主要通过地基处理和设置沉降缝来控制。
总之在实际工程中，应从计算、构造、施工、材料等方面采取措施，避免出现影响安全性、适用性和耐久性的各种钢筋混凝土裂缝。对已出现的裂缝，则应根据裂缝的形式、部位、所处的环境、配筋及结构形式以及对结构构件承载力危害程度等进行具体分析，作出安全、适用、经济的处理方案。
尽管钢筋混凝土结构的历史已很长，但它仍然处于“方兴未艾”的发展阶段，裂缝控制也是其中的一个重要方面。
【关键词】 荷载裂缝；非荷载裂缝；温度收缩裂缝；材料收缩裂缝；锈蚀膨胀裂缝
【中图分类号】 TU528.0 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2012）01-076-02
钢筋混凝土也存在几个主要缺点，抗裂性差是其一。由于混凝土的抗拉强度非常低，一般抗拉强度为抗压强度的1/10~1/20，之间且不成比例增长；所以普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还给人造成一种不安全感。本人就根据学校所学的专业理论知识和现场施工的实践经验浅谈一下关于钢筋混凝土裂缝的形式、产生的原因、控制的方法。
１ 钢筋混凝土裂缝的形式
裂缝按其形成的原因可以分为两大类：一类是由荷载引起的裂缝；另一类是由非荷载引起的裂缝，如由材料收缩、温度变化、混凝土碳化（钢筋锈蚀膨胀）以及地基不均匀沉降等原因引起的裂缝。引起裂缝的上述两大原因中，那一种是主要的呢？调查表明，工程实践中结构物的裂缝原因，属于非荷载（变形变化）为主的约占80%，属于荷载为主引起的约占20%。
２ 钢筋混凝土裂缝产生的原因
钢筋混凝土构件中，裂缝的方向与结构的受力状态有直接关系，一般与主拉应力方向垂直。荷载裂缝是由荷载产生的主拉应力超过混凝土的抗拉强度引起的。在非荷载裂缝中，最常见的是温度收缩，它是混凝土收缩与冷缩共同作用的结果。控制钢筋混凝土裂缝的方法主要是从这两方面着手。在非荷载裂缝中值得注意的另一种裂缝是由碳化引起的锈蚀膨胀裂缝。对于保护层较薄、混凝土密实度较差的构件，混凝土的碳化过程在较短的时期就达到钢筋表面，混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋因锈蚀而体积增大，将混凝土胀裂，形成沿钢筋长度方向的纵向锈蚀膨胀裂缝。这种裂缝的特点是“先锈后裂”，一旦出现问题已十分严重。《规范》控制这种裂缝的措施是，规定受力钢筋的混凝土保护层最小厚度。
３ 钢筋混凝土裂缝控制的方法
3.1 荷载裂缝的控制。结构构件除应满足承载能力极限状态的要求以保证其安全性外，还应满足正常使用极限状态的要求，以保证其适用性和耐久性。因此荷载裂缝控制就是除了进行承载能力计算外，还要进行正常使用情况下的裂缝和变形极限状态验算。
3.1.1 承载能力极限状态计算方法：当结构或结构构件达到最大承载力，或者达到不适于继续承载的变形状态时，称该结构或该结构构件达到承载能力极限状态。如整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；结构构件或连接因材料强度被超过而破坏；结构转变为机动体系等均达到了承载能力极限状态。
我国规范采用以概率理论（或称为可靠度理论）为基础的极限状态设计法和用多个分项系数表达的设计式进行设计。因此结构构件的承载能力极限状态计算应根据荷载效应（即内力）的基本组合和偶然组合进行，其一般公式为：
γ0S≤R
式中γ0——结构构件的重要性系数
S——内力组合设计值
R——结构构件的承载力设计值
我国《建筑结构设计统一标准》根据建筑结构破坏后果的严重程度，将建筑结构划分为三个安全等级。对安全等级为一级、二级和三级的结构构件，其结构构件的重要性系数（γ0）分别为1.1、1.0和0.9。
内力组合设计值一般可按结构力学方法计算。荷载效应组合分为基本组合和偶然组合。对于基本组合，其一般公式为：
S=γGSGK+γQiSQ1K+∑γQiψCiSQiK（公式一，∑，n，i=2）
S=γGSGK+ψ∑γQiSQiK（简化公式，∑，n，i=1）
式中SGK——永久荷载标准值在计算截面上产生的内力
SQ1K 、SQiK——可变荷载的标准值在计算截面上产生的内力，其中，SQ1K为主导可变荷载在计算截面上产生的内力，SQiK为除主导可变荷载在计算截面上产生的内力。
γG——永久荷载分项系数，见下表；
γQi——第i个可变荷载分项系数，见下表；
ψCi——第i个可变荷载组合系数，见下表；
ψ——简化设计表达式中采用的荷载组合系数，见下表。
对于偶然组合，内力组合设计值宜按下列规定：偶然荷载（如地震）的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的可变荷载，可根据观测资料的工程经验采用适当的代表值。
荷载分项系数及荷载组合系数取值表
结构构件的承载力设计值的大小，取决于截面的几何尺寸、截面上钢筋的配筋率以及混凝土和钢筋的强度设计值等多种原因，它的一般形式为：
R=R（fC，fS，aK……）
式中：fC——混凝土的强度设计值（根据分析法和工程经验确定的）
fS——钢筋的强度设计值（强度标准值/材料分项系数）
aK——几何参数的标准值；当几何参数的变异性对结构性能有明显影响时，可另增加一个附加值Δa以考虑其不利影响。
由此可以看出，我国规范关于结构构件承载能力极限状态的计算公式，是以荷载标准值和材料强度标准值作为基本指标，并且用结构重要性系数、荷载分项系数、材料分项系数以及内力组合等多个分项系数进行表达的。
3.1.2 正常使用极限状态下的验算方法：对结构构件进行正常使用极限状态的验算时，应根据不同要求，分别按荷载的短期效应组合、长期效应组合或短期效益组合并考虑长期效应组合的影响进行验算，以保证变形、裂缝、应力等计算不超过相应的规定限值。
荷载的短期效应组合按下式计算：SS=SGK+SQ1K+∑ψCiSQiK（公式二，∑，n，i=2）。将公式二与公式一对比后可以看出，在公式二中，永久荷载和可变荷载的分项系数均取1.0，即荷载的短期效应组合，是永久荷载标准值和可变荷载标准值产生的内力的组合。这是因为结构构件的适用性和耐久性不如安全性那样重要，因此对可靠度的要求可适当放宽的缘故。
荷载的长期效应组合按下式计算：SL= SGK+∑ψqiSQiK（∑,n,i=1）。式中ψqi为i个可变荷载的准永久值系数，ψqi=可变荷载的准永久值/可变荷载的标准值。ψqi可以在相关规范中查用。由此可见，荷载的长期效应组合是永久荷载标准值产生内力与可变荷载准永久值产生的内力的组合。
根据正常使用阶段对结构构件裂缝的不同要求，将裂缝的控制等级分为三级：正常使用阶段严格要求不出现裂缝的构件，裂缝控制等级属一级；正常使用阶段一般要求不出现裂缝的构件，裂缝控制等级属二级；正常使用阶段允许出现裂缝的构件，裂缝控制等级属三级。
进行裂缝验算应该根据使用要求选用不同的裂缝控制等级，且满足以下三点规定：①对裂缝控制等级为一级的构件，要求按荷载短期效应组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。②对裂缝控制等级为二级的构件，要求按荷载长期效应组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；而按荷载短期效应组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力。③对裂缝控制等级为三级的构件，要求按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合影响计算的裂缝宽度最大值不超过规范规定的允许值，即Wmax≤[Wmax]。
3.2 非荷载裂缝的控制。
3.2.1 非荷载裂缝中的温度收缩裂缝是由于内部或外部约束，当混凝土不能自由收缩与冷缩时，会在混凝土内引起约束拉应力而产生的裂缝。《规范》控制这类温度收缩裂缝的措施是规定钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距。现场实际施工中还有多种控制温度收缩的措施。钢筋混凝土的温度变形对大体积混凝土、纵长混凝土结构及大面积混凝土工程等极为不利，很容易造成温度裂缝。对此可以采用低热水泥，并掺加缓凝剂及采取人工降温，具体施工上可采取分层、分段的浇筑混凝土。
3.2.2 非荷载裂缝中的材料收缩裂缝主要表现为钢筋混凝土的干湿变形。干湿变形对钢筋混凝土危害较大，它可使其表面产生较大的拉应力而引起许多裂纹，从而降低其抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性。影响钢筋混凝土干湿变形的因素很多，主要有以下几方面：①水泥的用量、细度及品种的影响。由于干湿变形主要由混凝土中水泥石的干缩所引起的，而骨料对于干缩有制约作用，因此在水灰比不变的情况下，混凝土中水泥浆量愈多，混凝土干缩率愈大。水泥颗粒愈细，干缩愈大。采用不同水泥品种的混凝土干缩率也相差很大。控制材料收缩裂缝关键要选择合理的水泥。②水灰比的影响，控制材料收缩裂缝要控制钢筋混凝土的最大水灰比。③骨料质量的影响，控制材料收缩裂缝要选用正确的骨料。④钢筋混凝土施工质量的影响，混凝土浇筑成型要密实，养护要到位并尽量延长养护时间。
３.2.3 非荷载裂缝中由于地基不均匀沉降引起的裂缝，主要通过地基处理和设置沉降缝来控制。
总之在实际工程中，应从计算、构造、施工、材料等方面采取措施，避免出现影响安全性、适用性和耐久性的各种钢筋混凝土裂缝。对已出现的裂缝，则应根据裂缝的形式、部位、所处的环境、配筋及结构形式以及对结构构件承载力危害程度等进行具体分析，作出安全、适用、经济的处理方案。
尽管钢筋混凝土结构的历史已很长，但它仍然处于“方兴未艾”的发展阶段，裂缝控制也是其中的一个重要方面。