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【提要】 钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中很重要的问题之一，裂缝产生的原因复杂多样，而且随着混凝土均质性有了很大改善的同时，裂缝控制技术难度大大增加了。本文简要介绍了钢筋混凝土裂缝产生的各种原因，并且在分析某食堂屋面井字梁开裂的基础上，概述了由于温差导致梁体收缩变形产生裂缝的原因，以及裂缝产生后的处理方法和预防措施。
【关键词】 裂缝产生；荷载效应；温度效应；裂缝处理；预防措施
钢筋混凝土结构上产生的裂缝，常见于非预应力受弯、受拉等构件中，以及预应力构件的某些部位，根据其产生的原因不同，可分为荷载裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、腐蚀裂缝、沉降裂缝等。在实际工程中要根据实际情况，分析裂缝产生的具体原因有区别的解决问题。以下为一个具体案例的分析解决方案案例。
一、工程概况：
某房屋的框架结构为3层,以米为轴网布置单位，长48米，宽36.5米，局部宽28.8米，建筑面积为4600m2，采用井字梁结构的楼面及屋面,并设置独立承台和基础梁，主梁尺寸为250×700，人工挖孔桩需嵌入基岩0.5米以上。使用后在房屋井字梁两侧以及屋面板底处发现多道肉眼可见的垂直裂缝，在清除表面粉刷层后观察裂缝，发现其多为基本未贯穿梁底的表面裂缝，宽度约为0.5-1mm，沿构件截面高度呈上宽下窄，每跨出现的裂缝大都分布在跨中区域，而且呈现均等分布。同时，在井字梁的周边梁与其下砌体结构处发现有较为明显的错位而产生的水平裂缝。
二、裂缝原因分析：
(1)基础沉降观测结果显示，在该楼共设的18个沉降观测点中，最大沉降量为10.4mm，最小沉降量为9.3mm，沉降量均较小，这与桩基础有关；而且其最大差异沉降也极小，仅为1.1mm，所以基础沉降量过大引起梁体裂缝的可能性极小。
(2)原设计的混凝土强度等级为C20，在对梁体进行回弹测试后，测得其强度等级达21Mpa，完全符合原设计要求，故对于梁身混凝土强度等级不足引起梁体开裂的可能也可排除。
(3)该井字梁结构原定屋面做法为：先以水泥膨胀珍珠岩找坡，其坡面比例为1∶8，再在40mm厚刚性防水层上,做SBS（银白色金属膜）防水卷材，其厚为3mm。由于该工程为夏季施工，设计者便利用SBS上银白色金属膜的反光作用而省去了取代保温隔热层。但是本地区冬季最低室外温度在-5℃左右，室内温度可达到10℃，而夏季室外温度可达到38℃左右，屋面实际温度高达45℃以上，室内温度为35℃左右。一方面，屋面上的炉碴砼找坡层厚度较薄（设计中只标了层面坡度为2%，而没有规定最薄处厚度），保温隔热效果太差。另一方面，实地检查发现该SBS防水层由于没有保证施工质量，出现了局部空鼓现象，而且材料SBS配料已老化变质，其上部分铝箔层开始破损剥落已失去原有的反光作用，致使该层面保温性更差。此外，铝箔层剥落后的SBS呈现黑色，会吸收大量的太阳辐射热，使屋面温度进一步升高。导致梁体的室内外温差过大，无论冬夏季至少在10℃以上。
三、设计计算的复核：
现以屋面梁为例进行裂缝宽度复核。根据《混凝土结构设计规范》GBJ10-89规定，该构件的最大裂缝允许宽度为0 .3mm，裂缝控制等级应为三级。复核工作按以下两部分进行：
(1)按受弯构件验算梁体裂缝宽度。
以其最不利情况即荷载效应与温度效应产生的弯矩叠加来进行验算。因该梁是夏季施工的，由于熱胀冷缩效应，冬季气温较低时梁顶与梁底的温差使梁顶收缩大于梁底，便会产生收缩变形现象。因此，冬季温度效应产生的跨中弯矩与荷载效应产生的跨中弯矩是同号的，即冬季二者影响是叠加的。
经计算得区格的长a=3.6m、宽b=3.6m、屋面综合荷载q＝8.42kN/m2，则荷载效应产生的弯矩 ：
由于C20混凝土弹性模量E=2.55×104N/mm2(钢筋混凝土结构设计规范DBJ 10-89)；线膨胀系数α=1×1 0-5(钢筋混凝土结构设计规范DBJ 10-89)；构件上下表面温差Δt=10℃；矩形时，构件截面惯性矩I= ，(构件宽b=250mm，构件高度h=700mm)。故由构件上下表面温差产生的温度弯矩Mt：
弯曲总效应极为温度弯曲和载荷弯曲之和：
最大裂缝宽度需按正常使用极限状态进行中受弯构件裂缝计算公式（混凝土设计规范GBJ 10-89）算得，即为 ，符合规范要求。
(2)按受拉构件验算梁体裂缝宽度。
由于热胀冷缩效应，冬季产生的收缩变形不仅会产生的跨中弯矩，还会使混凝土在支座的约束下产生内拉应力。若假定夏季施工时的温度为35℃，冬季为0℃，则冬夏温差将达35℃左右。近似按轴心受拉构件进行验算，拉应力所产生的最大裂缝宽度为 ，不符合设计规范的要求。 (钢筋混凝土结构设计规范DBJ 10-89第五章第二节规定)。
由计算过程中得知，温度变化产生的伸缩应力很大，钢筋混凝土构件同砖混结构的协同变形在一定程度上会降低温度的影响，但由于两者的线膨胀系数不同，砖混部分还是对构件产生了较大的约束，这种影响对裂缝的产生所起的作用仍然不能忽略。
(3)从以上分析及验证结果可知，本工程屋面井字梁侧面出现裂缝主要有两方面原因：一是冬夏季温差引起的混凝土收缩变形，该梁的保温隔热措施较差，而且夏季施工是温度极高，进入冬季后，在巨大的温差下必会沿梁长方向产生收缩，便产生裂缝；二是设计中忽略了温度的影响，没有进行由于温度收缩变形引起的拉应力抗拉强度验算，使得设计方案出现漏洞，抗拉筋明显不足(梁跨中上部只配2Φ16,下部配4Φ22，箍筋φ8@200)。此外，裂缝在梁的横向上分布较广主要是由梁纵向配筋大于横向梁引起的。
四、处理措施：
温度与载荷共同作用导致混凝土收缩变形是引起构件裂缝的主要因素。工程上仅按温度裂缝的因素对构件作了如下处理：
(1)重新铺设SBS防水材料和架空层，改善屋面保温性能。
原有的屋面防水材料SBS已老化变质，不仅会影响屋面的隔热作用，甚至会使屋面产生渗漏现象，应当揭去重做。而且需重新在屋面上铺设了架空层，增强隔热保温作用，以降低梁体的冬夏季温差与室内外温差，减小梁体所受的弯曲和拉伸应力。
(2)鉴于构件裂缝宽度较小，采用表面处理法施工。
表面处理法的具体方法为：对于裂缝处，先凿去裂缝两侧的粉刷层，其宽约为每侧5cm以内，然后用水冲洗裂缝，并将掺有107胶的水泥浆涂刷上，最后用1∶2水泥砂浆抹平凿出的凹槽；对井字梁边梁与支承墙体间的错位处，只需要贴上宽300mm的铅丝网后，用水泥砂浆进行重新粉刷即可。在构件修补后，还需对裂缝处跟踪观测一年左右，若再出现裂缝现象，则需重新分析裂缝原因、检查处理方法，若没有新裂缝产生，则可以认定以上分析结果以及裂缝处理方法是正确的。
五、结束语
综上所述为防止产生温度裂缝可采取如下一些措施：
(1)选择适宜的季节浇注混凝土。
(2)选用水泥的水化热和收缩应较小（如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，尽量降低水灰比，合理使用减水剂，可以减少水化热，并提高混凝土的密实性和抗拉强度。
(3) 加强早期混凝土养护工作，特别要加强初凝和终凝前后的养护,增强混凝土的抗拉强度，降低裂缝出现的可能性。
(4)屋面设置保温隔热层，尽量减少构件的冬夏季温差和室内外温差，减少热胀冷缩作用对梁体收缩弯曲的影响。
(5)加强设计验算工作，提升设计方案的质量，对构件因冬夏季温差引起的伸缩变形和室内外温差引起的弯曲变形进行裂缝宽度验算，保证梁体所能承受的强度符合要求。
【关键词】 裂缝产生；荷载效应；温度效应；裂缝处理；预防措施
钢筋混凝土结构上产生的裂缝，常见于非预应力受弯、受拉等构件中，以及预应力构件的某些部位，根据其产生的原因不同，可分为荷载裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、腐蚀裂缝、沉降裂缝等。在实际工程中要根据实际情况，分析裂缝产生的具体原因有区别的解决问题。以下为一个具体案例的分析解决方案案例。
一、工程概况：
某房屋的框架结构为3层,以米为轴网布置单位，长48米，宽36.5米，局部宽28.8米，建筑面积为4600m2，采用井字梁结构的楼面及屋面,并设置独立承台和基础梁，主梁尺寸为250×700，人工挖孔桩需嵌入基岩0.5米以上。使用后在房屋井字梁两侧以及屋面板底处发现多道肉眼可见的垂直裂缝，在清除表面粉刷层后观察裂缝，发现其多为基本未贯穿梁底的表面裂缝，宽度约为0.5-1mm，沿构件截面高度呈上宽下窄，每跨出现的裂缝大都分布在跨中区域，而且呈现均等分布。同时，在井字梁的周边梁与其下砌体结构处发现有较为明显的错位而产生的水平裂缝。
二、裂缝原因分析：
(1)基础沉降观测结果显示，在该楼共设的18个沉降观测点中，最大沉降量为10.4mm，最小沉降量为9.3mm，沉降量均较小，这与桩基础有关；而且其最大差异沉降也极小，仅为1.1mm，所以基础沉降量过大引起梁体裂缝的可能性极小。
(2)原设计的混凝土强度等级为C20，在对梁体进行回弹测试后，测得其强度等级达21Mpa，完全符合原设计要求，故对于梁身混凝土强度等级不足引起梁体开裂的可能也可排除。
(3)该井字梁结构原定屋面做法为：先以水泥膨胀珍珠岩找坡，其坡面比例为1∶8，再在40mm厚刚性防水层上,做SBS（银白色金属膜）防水卷材，其厚为3mm。由于该工程为夏季施工，设计者便利用SBS上银白色金属膜的反光作用而省去了取代保温隔热层。但是本地区冬季最低室外温度在-5℃左右，室内温度可达到10℃，而夏季室外温度可达到38℃左右，屋面实际温度高达45℃以上，室内温度为35℃左右。一方面，屋面上的炉碴砼找坡层厚度较薄（设计中只标了层面坡度为2%，而没有规定最薄处厚度），保温隔热效果太差。另一方面，实地检查发现该SBS防水层由于没有保证施工质量，出现了局部空鼓现象，而且材料SBS配料已老化变质，其上部分铝箔层开始破损剥落已失去原有的反光作用，致使该层面保温性更差。此外，铝箔层剥落后的SBS呈现黑色，会吸收大量的太阳辐射热，使屋面温度进一步升高。导致梁体的室内外温差过大，无论冬夏季至少在10℃以上。
三、设计计算的复核：
现以屋面梁为例进行裂缝宽度复核。根据《混凝土结构设计规范》GBJ10-89规定，该构件的最大裂缝允许宽度为0 .3mm，裂缝控制等级应为三级。复核工作按以下两部分进行：
(1)按受弯构件验算梁体裂缝宽度。
以其最不利情况即荷载效应与温度效应产生的弯矩叠加来进行验算。因该梁是夏季施工的，由于熱胀冷缩效应，冬季气温较低时梁顶与梁底的温差使梁顶收缩大于梁底，便会产生收缩变形现象。因此，冬季温度效应产生的跨中弯矩与荷载效应产生的跨中弯矩是同号的，即冬季二者影响是叠加的。
经计算得区格的长a=3.6m、宽b=3.6m、屋面综合荷载q＝8.42kN/m2，则荷载效应产生的弯矩 ：
由于C20混凝土弹性模量E=2.55×104N/mm2(钢筋混凝土结构设计规范DBJ 10-89)；线膨胀系数α=1×1 0-5(钢筋混凝土结构设计规范DBJ 10-89)；构件上下表面温差Δt=10℃；矩形时，构件截面惯性矩I= ，(构件宽b=250mm，构件高度h=700mm)。故由构件上下表面温差产生的温度弯矩Mt：
弯曲总效应极为温度弯曲和载荷弯曲之和：
最大裂缝宽度需按正常使用极限状态进行中受弯构件裂缝计算公式（混凝土设计规范GBJ 10-89）算得，即为 ，符合规范要求。
(2)按受拉构件验算梁体裂缝宽度。
由于热胀冷缩效应，冬季产生的收缩变形不仅会产生的跨中弯矩，还会使混凝土在支座的约束下产生内拉应力。若假定夏季施工时的温度为35℃，冬季为0℃，则冬夏温差将达35℃左右。近似按轴心受拉构件进行验算，拉应力所产生的最大裂缝宽度为 ，不符合设计规范的要求。 (钢筋混凝土结构设计规范DBJ 10-89第五章第二节规定)。
由计算过程中得知，温度变化产生的伸缩应力很大，钢筋混凝土构件同砖混结构的协同变形在一定程度上会降低温度的影响，但由于两者的线膨胀系数不同，砖混部分还是对构件产生了较大的约束，这种影响对裂缝的产生所起的作用仍然不能忽略。
(3)从以上分析及验证结果可知，本工程屋面井字梁侧面出现裂缝主要有两方面原因：一是冬夏季温差引起的混凝土收缩变形，该梁的保温隔热措施较差，而且夏季施工是温度极高，进入冬季后，在巨大的温差下必会沿梁长方向产生收缩，便产生裂缝；二是设计中忽略了温度的影响，没有进行由于温度收缩变形引起的拉应力抗拉强度验算，使得设计方案出现漏洞，抗拉筋明显不足(梁跨中上部只配2Φ16,下部配4Φ22，箍筋φ8@200)。此外，裂缝在梁的横向上分布较广主要是由梁纵向配筋大于横向梁引起的。
四、处理措施：
温度与载荷共同作用导致混凝土收缩变形是引起构件裂缝的主要因素。工程上仅按温度裂缝的因素对构件作了如下处理：
(1)重新铺设SBS防水材料和架空层，改善屋面保温性能。
原有的屋面防水材料SBS已老化变质，不仅会影响屋面的隔热作用，甚至会使屋面产生渗漏现象，应当揭去重做。而且需重新在屋面上铺设了架空层，增强隔热保温作用，以降低梁体的冬夏季温差与室内外温差，减小梁体所受的弯曲和拉伸应力。
(2)鉴于构件裂缝宽度较小，采用表面处理法施工。
表面处理法的具体方法为：对于裂缝处，先凿去裂缝两侧的粉刷层，其宽约为每侧5cm以内，然后用水冲洗裂缝，并将掺有107胶的水泥浆涂刷上，最后用1∶2水泥砂浆抹平凿出的凹槽；对井字梁边梁与支承墙体间的错位处，只需要贴上宽300mm的铅丝网后，用水泥砂浆进行重新粉刷即可。在构件修补后，还需对裂缝处跟踪观测一年左右，若再出现裂缝现象，则需重新分析裂缝原因、检查处理方法，若没有新裂缝产生，则可以认定以上分析结果以及裂缝处理方法是正确的。
五、结束语
综上所述为防止产生温度裂缝可采取如下一些措施：
(1)选择适宜的季节浇注混凝土。
(2)选用水泥的水化热和收缩应较小（如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，尽量降低水灰比，合理使用减水剂，可以减少水化热，并提高混凝土的密实性和抗拉强度。
(3) 加强早期混凝土养护工作，特别要加强初凝和终凝前后的养护,增强混凝土的抗拉强度，降低裂缝出现的可能性。
(4)屋面设置保温隔热层，尽量减少构件的冬夏季温差和室内外温差，减少热胀冷缩作用对梁体收缩弯曲的影响。
(5)加强设计验算工作，提升设计方案的质量，对构件因冬夏季温差引起的伸缩变形和室内外温差引起的弯曲变形进行裂缝宽度验算，保证梁体所能承受的强度符合要求。