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摘要：现浇楼板具有整体性好抗震性能强防渗漏性能好等特点，其应用也越来越广泛。本文结合笔者多年建筑施工实践，针对目前现浇楼板角部多出现斜裂缝的现象，对板角45 斜裂缝的进行探讨分析。
关键词：现浇混凝土楼板；斜裂缝；成因；措施
Abstract: the cast-in-situ floor has good overall seismic performance is strong leakage performance and so on characteristics, and its application is also more and more widely. Based on the construction practice for years, and aiming at the site floor anat appear more inclined cracks phenomenon, 45 to slab of inclined cracks analysis.
Keywords: cast-in-situ concrete floor; Diagonal crack; Cause; measures
中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：
在高层建筑中，现浇钢筋混凝土楼板以其整体性好，抗震性能等优点而得到普遍应用。但由于设计、施工及材料本身等方面引起的现浇板开裂问题时有发生，裂缝是不可避免的，但通过良好的设计与施工则可以减少裂缝的发生。其中斜角裂缝在住宅工程裂缝问题中占了 较大比重，因此，合理对现浇板斜角裂缝进行分析与防治成为众多建筑技术人员不断研究探讨的重要课题现结合笔者多年施工技术管理实践对此进行分析探讨。
一、工程概况
某小区总建筑面积约35万m2,Ⅰ期工程由7栋18层钢筋混凝土框架剪力墙结构住宅楼组成,其中1～3#楼标准层平面图如图1所示,基础采用预应力高强混凝土管桩基础,持力层为中风化花岗岩,标准层层高3.0m,剪力墙墙厚200mm,现浇板板厚100mm,楼板配筋为Φ8@180,混凝土强度等级C25,水灰比0.58。该1～3#楼于11月竣工验收时未发现楼板裂缝,次年4月底业主进场装修过程中发现部分阳角楼板出现斜裂缝,后经质量检测部门对已交付使用1～3#楼进行全面检查,发现1～3#楼部分楼层东、西向阳角楼板均不同程度的出现斜裂缝,裂缝走向与板角平分线相垂直,板角一侧边缘受L形剪力墙约束,裂缝长度约0.8～2.3m,宽度0.02～0.46mm,大部分裂缝上下贯穿,未贯穿的裂缝均为面层裂缝,且顶部楼层裂缝宽度大于下部楼层。
图11～3#楼标准层结构平面示意图
二、裂缝成因分析
沉降观测显示,出现裂缝时1～3#楼各观测点的最终降量约为15～23mm,每幢楼各自相临观测点的沉降差小于3mm,且出现裂缝时各观测点的总沉降量同竣工交付时相比基本没有变化。现场检查建筑物周边地面未见沉陷开裂,每幢楼1～4层楼板未发现裂缝,各层填充墙体均未出现斜裂缝,可排除因桩基基础不均匀沉降引起的楼板开裂的可能。
各层开裂楼板基本分布在建筑物的阳角,一侧边缘受L形剪力墙约束的板角处,其他部位楼板均未发现楼板开裂现象。大多数出现楼板裂缝的房间处于尚未装修入住状态,目前均未承受墙载、装修荷载及活荷载,可排除该类裂缝是楼板抗弯承载能力不足导致楼板出现受力裂缝的可能。
本工程采用商品混凝土,由于泵送施工工艺对混凝土流动性要求,商品混凝土的水泥用量较多、含沙率高、水灰比大、石子粒径偏小、浇灌速度快,这些都决定了混凝土在硬化过程中会产生较大的收缩变形。开裂楼板一侧竖向承重构件为剪力墙墙体,侧向刚度大,楼板混凝土的收缩会受到竖向剪力墙的约束,而在板内产生拉应力。
开裂楼板集中分布在建筑物的西侧及东侧转角处,这些部位受日照影响较大,经现场测试,当室外气温为30℃时,门窗紧闭的房间外墙外表面与室内楼板温差为9～11℃,门窗开启的房间外墙外表面与室内樓板温差为6～7℃,且温差值随楼层增高相应增大。
由于混凝土材料本身具有热胀冷缩的特性,当外墙同楼板存在温度差时,该温度差会引起墙体和楼板之间的变形差,当有约束存在时,变形差则会在楼板和墙体中产生温度应力。当墙体温度高于室内楼板温度时,外墙温度高于楼板温度,外墙自然要向外伸展,墙角点处的位移沿角平分线方向向外,墙体的位移被楼板约束在楼板的一定范围内产生拉应力,由于剪力墙构件的侧向刚度大,使得楼板中的应力值相应加大。故当室外温度高于室内时,楼板中的温度应力同楼板混凝土的收缩应力叠加后超过混凝土的极限拉应力时,裂缝将不可避免地产生。经下面的有限元模拟计算可以看出,剪力墙住宅产生板角斜裂缝的主要原因是剪力墙和楼板的温度变形差和收缩变形差,由温差和收缩引发的应力分别占80%及20%左右[4],温差是主要矛盾,其中当墙体温度高于楼板10℃时,仅温度变形差就可以直接引起楼板裂缝。
三、温度应力计算分析
1、混凝土的收缩作用下楼板应变公式
根据王铁梦教授的任意时间的混凝土干燥收缩应变与时间计算公式:
εy(t)= 3.24×10-4(1-e-bt)M1 M2 M3…M n. (1)
其中εy(t)———任意时间的收缩(mm/mm);b—般取0.01；养护较差时取0.03；M1、M2、M3…Mn———各种非标准条件的修正系数。
由于楼板的表体比远大于墙,在其它条件相同的情况下,楼板的最终收缩要比墙体大30%~40%[1]。从上式可以算出,竣工验收时底部楼层混凝土收缩已完成95%以上,而顶部楼层混凝土收缩仅完成75%不到,房屋交付后顶部混凝土仍在继续收缩。由于楼板和墙体存在收缩差,这种收缩将会在楼板中继续产生拉应力,但该收缩应力小于混凝土的抗拉强度,同时考虑混凝土徐变的有利影响,墙体与楼板的收缩差不会直接导致楼板的开裂。
2、混凝土的温度收缩应变公式钢筋混凝土板结构承受
均匀的温差时,产生任意时间的温度收缩应变计算公式为:
ε=α(T1+T2+T3) (2)
式中:T1—内外水化热温差；T2—收缩当量温差；T3—降温差
本文采用有限元法对剪力墙住宅在内外温差作用下进行计算。在存在内外温差的情况下,相互约束在楼板中产生的应力主要体现在楼层平面方向,根据现场裂缝分布状况,取3#楼开裂楼板11B-(6-9)-(A-B)进行温差作用下的有限元法分析计算,计算模型及楼板温度应力云图如下图所示
计算结果表明,在不考虑楼板混凝土自身的收缩应力的前提下,剪力墙体与楼板的内外温差为10℃,板角处的主拉应力为1.774～2.431MPa,超过混凝土的抗拉强度,主拉应力的方向近似与角平分线方向一致,板角控制应力的分布区域与典型裂缝的走向基本吻合。故本工程1～3#楼部分阳角楼板出现的斜为剪力墙受热膨胀后在与其相连的楼板中产生面内拉应力与楼板自身的收缩应力叠加超过楼板混凝土的抗拉强度而造成的温度裂缝。该温度裂缝属于非受力裂缝,对整体结构的承载能力及安全不会造成影响,但会影响开裂楼板的耐久性和正常使用功能。
四、裂缝控制措施
混凝土构件裂缝控制是个系统工程,实践过程应从设计、材料和施工等几个方面采取相应的措施来控制裂缝的出现和发展。由以上分析可知,高层剪力墙建筑墙体及楼板存在温差及收缩差是楼板板角斜裂缝的一个主要原因。对于温差,目前在实践中还没有经济的预防及控制方法,对于斜裂缝控制只能遵循"抗"的设计原则,采取相应的设计、施工措施,具体方法笔者建议如下:
(1)在板角处增设45°放射筋,并且板面、板底双面配置。板角的放射筋应放置至对角线四分之一处,并且伸出支座长度不小于2m加上锚固长度。在保证不被践踏的前提之下,放射筋应采取细筋密布,以提高混凝土的极限拉伸。
(2)严格控制水灰比。现浇板泵送混凝土的用水量应控制在180kg/m3以下,混凝土的塌落度高层应控制在18cm以下,中高层应小于15 cm。严禁为浇注方便,而在施工现场临时加水。
(3)改进配合比,加强混凝土级配。采用掺入一定数量高效减水剂或膨胀剂,即可大幅度减水,降低水灰比,又能极大地提高极限拉伸强度、混凝土的弹性模量和极限拉伸应变,提高了混凝土的抗裂性能。
(4)保证混凝土的浇注质量.在混凝土浇筑的1～1.5h后,混凝土尚未凝结之前,对混凝土进行二次振捣,表面要压实抹光,提高混凝土密实度,以提高混凝土的抗拉强度。还应加强混凝土的早期养护工作。在混凝土即将初凝时,应覆盖麻袋等,水淋在覆盖物上,能保证混凝土表面充分的湿润,淋水养护需在7d以上。
五、结语
目前，钢筋混凝土框架剪力墙结构的楼板裂缝是一种常见的建筑质量通病,虽然该裂缝是由诸多因素的共同作用的结果,但对于受剪力墙约束的板角斜裂缝应采取有效预防和控制措施,避免剪力墙与楼板之间温差而造成的楼板面内拉应力与楼板自身的收缩应力叠加超过楼板混凝土的抗拉强度,致使楼板开裂,影响正常的使用,降低建筑结构的耐久性能。
参考文献
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]李磊.剪力墙住宅现浇楼板斜裂缝分析及控制[J].青岛建筑工程学院学报, 2004,(4):32-36.
[3] GB50010,混凝土结构设计规范[S]
[4]朱思平.大跨度整浇钢筋混凝土框架裂缝分析[J].工业建筑,1990,(6).
[5]蒯行成.框筒结构楼板的温度裂缝分析[J].湖南大学学报,2002,29(5):20-24
作者简介：曹荣（1986-），男，汉族，江苏省东台市人，本科，研究方向：土木工程 。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：现浇混凝土楼板；斜裂缝；成因；措施
Abstract: the cast-in-situ floor has good overall seismic performance is strong leakage performance and so on characteristics, and its application is also more and more widely. Based on the construction practice for years, and aiming at the site floor anat appear more inclined cracks phenomenon, 45 to slab of inclined cracks analysis.
Keywords: cast-in-situ concrete floor; Diagonal crack; Cause; measures
中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：
在高层建筑中，现浇钢筋混凝土楼板以其整体性好，抗震性能等优点而得到普遍应用。但由于设计、施工及材料本身等方面引起的现浇板开裂问题时有发生，裂缝是不可避免的，但通过良好的设计与施工则可以减少裂缝的发生。其中斜角裂缝在住宅工程裂缝问题中占了 较大比重，因此，合理对现浇板斜角裂缝进行分析与防治成为众多建筑技术人员不断研究探讨的重要课题现结合笔者多年施工技术管理实践对此进行分析探讨。
一、工程概况
某小区总建筑面积约35万m2,Ⅰ期工程由7栋18层钢筋混凝土框架剪力墙结构住宅楼组成,其中1～3#楼标准层平面图如图1所示,基础采用预应力高强混凝土管桩基础,持力层为中风化花岗岩,标准层层高3.0m,剪力墙墙厚200mm,现浇板板厚100mm,楼板配筋为Φ8@180,混凝土强度等级C25,水灰比0.58。该1～3#楼于11月竣工验收时未发现楼板裂缝,次年4月底业主进场装修过程中发现部分阳角楼板出现斜裂缝,后经质量检测部门对已交付使用1～3#楼进行全面检查,发现1～3#楼部分楼层东、西向阳角楼板均不同程度的出现斜裂缝,裂缝走向与板角平分线相垂直,板角一侧边缘受L形剪力墙约束,裂缝长度约0.8～2.3m,宽度0.02～0.46mm,大部分裂缝上下贯穿,未贯穿的裂缝均为面层裂缝,且顶部楼层裂缝宽度大于下部楼层。
图11～3#楼标准层结构平面示意图
二、裂缝成因分析
沉降观测显示,出现裂缝时1～3#楼各观测点的最终降量约为15～23mm,每幢楼各自相临观测点的沉降差小于3mm,且出现裂缝时各观测点的总沉降量同竣工交付时相比基本没有变化。现场检查建筑物周边地面未见沉陷开裂,每幢楼1～4层楼板未发现裂缝,各层填充墙体均未出现斜裂缝,可排除因桩基基础不均匀沉降引起的楼板开裂的可能。
各层开裂楼板基本分布在建筑物的阳角,一侧边缘受L形剪力墙约束的板角处,其他部位楼板均未发现楼板开裂现象。大多数出现楼板裂缝的房间处于尚未装修入住状态,目前均未承受墙载、装修荷载及活荷载,可排除该类裂缝是楼板抗弯承载能力不足导致楼板出现受力裂缝的可能。
本工程采用商品混凝土,由于泵送施工工艺对混凝土流动性要求,商品混凝土的水泥用量较多、含沙率高、水灰比大、石子粒径偏小、浇灌速度快,这些都决定了混凝土在硬化过程中会产生较大的收缩变形。开裂楼板一侧竖向承重构件为剪力墙墙体,侧向刚度大,楼板混凝土的收缩会受到竖向剪力墙的约束,而在板内产生拉应力。
开裂楼板集中分布在建筑物的西侧及东侧转角处,这些部位受日照影响较大,经现场测试,当室外气温为30℃时,门窗紧闭的房间外墙外表面与室内楼板温差为9～11℃,门窗开启的房间外墙外表面与室内樓板温差为6～7℃,且温差值随楼层增高相应增大。
由于混凝土材料本身具有热胀冷缩的特性,当外墙同楼板存在温度差时,该温度差会引起墙体和楼板之间的变形差,当有约束存在时,变形差则会在楼板和墙体中产生温度应力。当墙体温度高于室内楼板温度时,外墙温度高于楼板温度,外墙自然要向外伸展,墙角点处的位移沿角平分线方向向外,墙体的位移被楼板约束在楼板的一定范围内产生拉应力,由于剪力墙构件的侧向刚度大,使得楼板中的应力值相应加大。故当室外温度高于室内时,楼板中的温度应力同楼板混凝土的收缩应力叠加后超过混凝土的极限拉应力时,裂缝将不可避免地产生。经下面的有限元模拟计算可以看出,剪力墙住宅产生板角斜裂缝的主要原因是剪力墙和楼板的温度变形差和收缩变形差,由温差和收缩引发的应力分别占80%及20%左右[4],温差是主要矛盾,其中当墙体温度高于楼板10℃时,仅温度变形差就可以直接引起楼板裂缝。
三、温度应力计算分析
1、混凝土的收缩作用下楼板应变公式
根据王铁梦教授的任意时间的混凝土干燥收缩应变与时间计算公式:
εy(t)= 3.24×10-4(1-e-bt)M1 M2 M3…M n. (1)
其中εy(t)———任意时间的收缩(mm/mm);b—般取0.01；养护较差时取0.03；M1、M2、M3…Mn———各种非标准条件的修正系数。
由于楼板的表体比远大于墙,在其它条件相同的情况下,楼板的最终收缩要比墙体大30%~40%[1]。从上式可以算出,竣工验收时底部楼层混凝土收缩已完成95%以上,而顶部楼层混凝土收缩仅完成75%不到,房屋交付后顶部混凝土仍在继续收缩。由于楼板和墙体存在收缩差,这种收缩将会在楼板中继续产生拉应力,但该收缩应力小于混凝土的抗拉强度,同时考虑混凝土徐变的有利影响,墙体与楼板的收缩差不会直接导致楼板的开裂。
2、混凝土的温度收缩应变公式钢筋混凝土板结构承受
均匀的温差时,产生任意时间的温度收缩应变计算公式为:
ε=α(T1+T2+T3) (2)
式中:T1—内外水化热温差；T2—收缩当量温差；T3—降温差
本文采用有限元法对剪力墙住宅在内外温差作用下进行计算。在存在内外温差的情况下,相互约束在楼板中产生的应力主要体现在楼层平面方向,根据现场裂缝分布状况,取3#楼开裂楼板11B-(6-9)-(A-B)进行温差作用下的有限元法分析计算,计算模型及楼板温度应力云图如下图所示
计算结果表明,在不考虑楼板混凝土自身的收缩应力的前提下,剪力墙体与楼板的内外温差为10℃,板角处的主拉应力为1.774～2.431MPa,超过混凝土的抗拉强度,主拉应力的方向近似与角平分线方向一致,板角控制应力的分布区域与典型裂缝的走向基本吻合。故本工程1～3#楼部分阳角楼板出现的斜为剪力墙受热膨胀后在与其相连的楼板中产生面内拉应力与楼板自身的收缩应力叠加超过楼板混凝土的抗拉强度而造成的温度裂缝。该温度裂缝属于非受力裂缝,对整体结构的承载能力及安全不会造成影响,但会影响开裂楼板的耐久性和正常使用功能。
四、裂缝控制措施
混凝土构件裂缝控制是个系统工程,实践过程应从设计、材料和施工等几个方面采取相应的措施来控制裂缝的出现和发展。由以上分析可知,高层剪力墙建筑墙体及楼板存在温差及收缩差是楼板板角斜裂缝的一个主要原因。对于温差,目前在实践中还没有经济的预防及控制方法,对于斜裂缝控制只能遵循"抗"的设计原则,采取相应的设计、施工措施,具体方法笔者建议如下:
(1)在板角处增设45°放射筋,并且板面、板底双面配置。板角的放射筋应放置至对角线四分之一处,并且伸出支座长度不小于2m加上锚固长度。在保证不被践踏的前提之下,放射筋应采取细筋密布,以提高混凝土的极限拉伸。
(2)严格控制水灰比。现浇板泵送混凝土的用水量应控制在180kg/m3以下,混凝土的塌落度高层应控制在18cm以下,中高层应小于15 cm。严禁为浇注方便,而在施工现场临时加水。
(3)改进配合比,加强混凝土级配。采用掺入一定数量高效减水剂或膨胀剂,即可大幅度减水,降低水灰比,又能极大地提高极限拉伸强度、混凝土的弹性模量和极限拉伸应变,提高了混凝土的抗裂性能。
(4)保证混凝土的浇注质量.在混凝土浇筑的1～1.5h后,混凝土尚未凝结之前,对混凝土进行二次振捣,表面要压实抹光,提高混凝土密实度,以提高混凝土的抗拉强度。还应加强混凝土的早期养护工作。在混凝土即将初凝时,应覆盖麻袋等,水淋在覆盖物上,能保证混凝土表面充分的湿润,淋水养护需在7d以上。
五、结语
目前，钢筋混凝土框架剪力墙结构的楼板裂缝是一种常见的建筑质量通病,虽然该裂缝是由诸多因素的共同作用的结果,但对于受剪力墙约束的板角斜裂缝应采取有效预防和控制措施,避免剪力墙与楼板之间温差而造成的楼板面内拉应力与楼板自身的收缩应力叠加超过楼板混凝土的抗拉强度,致使楼板开裂,影响正常的使用,降低建筑结构的耐久性能。
参考文献
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]李磊.剪力墙住宅现浇楼板斜裂缝分析及控制[J].青岛建筑工程学院学报, 2004,(4):32-36.
[3] GB50010,混凝土结构设计规范[S]
[4]朱思平.大跨度整浇钢筋混凝土框架裂缝分析[J].工业建筑,1990,(6).
[5]蒯行成.框筒结构楼板的温度裂缝分析[J].湖南大学学报,2002,29(5):20-24
作者简介：曹荣（1986-），男，汉族，江苏省东台市人，本科，研究方向：土木工程 。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。