鋼筋混凝土井字梁裂縫的分析與處理

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1.工程概況

某辦公樓工程，建筑面積6300平方米，為一幢6層框架結(jié)構(gòu)建筑。六層局部樓面及屋面為井字梁結(jié)構(gòu)。于2001年3月發(fā)現(xiàn)①-⑤軸、A-D軸間井字梁兩側(cè)屋面板底以下部位出現(xiàn)多道肉眼可見的垂直裂縫。在清除表面樓層后發(fā)現(xiàn)裂縫沿構(gòu)件截面高度呈上寬下窄狀，寬度約0.5-1mm，多為表面裂縫基本未貫穿梁底，且大都分布在跨中區(qū)域，同時井字梁的周邊梁與其下砌體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯的錯位。

2.裂縫原因分析

（1）該樓共設(shè)8個沉降觀測點。根據(jù)基礎(chǔ)沉降觀測結(jié)果，由于為樁基礎(chǔ)，沉降量均較小，最大沉降量10.4mm，最小沉降量9.3mm，最大差異沉降僅1.1mm。故可排除基礎(chǔ)沉降量過大引起梁體裂縫的可能。

（2）對梁體進行回彈測得？混凝土強度等級達到C20，我們符合原設(shè)計要求，故可罰≥除梁身混凝土強度等級不足引起梁體開裂的可能。

（3）該井字梁結(jié)構(gòu)系夏季施工，屋面防水材料已老化變質(zhì)，該層面保溫材料較薄，故保溫性較差，梁體的室內(nèi)外溫差無論冬夏至少在10℃以上。

3.設(shè)計計算的復核

現(xiàn)對梁進行裂縫寬度復核。構(gòu)件的裂縫控制等級就為三級，最大裂縫允許寬度為0.3mm。復核工作分兩部分進行。

（1）接受彎構(gòu)件驗算梁體裂縫寬度，其最不利情況就是荷載效應(yīng)與溫度效應(yīng)產(chǎn)生的彎矩疊加。因該梁是夏季施工的，冬季則產(chǎn)生收縮變形，梁頂與梁底的溫度使梁頂收縮大于梁底，因此，冬季溫度效應(yīng)產(chǎn)生的跨中彎矩與荷載效應(yīng)產(chǎn)生的跨中彎矩是同號的，且冬季二者的影響是疊加的。

經(jīng)計算得屋面綜合荷載q=7.58kN/m2，區(qū)格的長a和寬b分別為3.4m和3m，則荷載效應(yīng)產(chǎn)生的巧矩M1=0.34qa2b=0.34×7.58×3.42×3=4kN·m。

而由構(gòu)件上下表面溫差產(chǎn)生的溫度彎矩Mt：Mt=EIaΔt/h=Ebh2aΔt/12=2.55×104×250×700×700×10-5×10/12=26000000N·mm=26kN·m其中E為C20混凝土彈性模量取2.55×104N/m2；a為C20混凝土線膨脹系數(shù)，取1×10-5，I為構(gòu)件截面慣性矩，矩形時為bh3/12，（b為構(gòu)件寬250mm，h為構(gòu)件高度mm）；Δt為構(gòu)件上、下表面溫差，取為10℃。

因而M=M1+Mt=89.4+26=115.4kN·m

按《混凝土設(shè)計規(guī)范（GBJ0-89）》受彎構(gòu)件公式算得取大裂縫寬度Wmax=0.215mm<0.3mm。

（2）按受拉構(gòu)件驗算梁體裂縫寬度。由于該梁為夏季施工，冬季則產(chǎn)生收縮受支座的約束，在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。如的溫度為35℃，冬季按0℃計算，則冬夏溫差將達35℃左右。如近似按軸心受拉構(gòu)件驗算，則可算得取大裂縫寬度Wmax=0.82mm>0.3mm。

由計算過程中得知，溫度變形產(chǎn)生的伸縮應(yīng)力很大（本例為781kN），雖然計算中已考慮了鋼筋混凝土件同磚混結(jié)構(gòu)的協(xié)同變形因素，但由于兩者的線膨脹系數(shù)不同，磚混部分還是對構(gòu)件產(chǎn)生國較大的約束。

（3）很明顯，本工程屋面井字梁側(cè)面出現(xiàn)裂縫的主要原因是由于冬夏季溫差引起的混凝土收縮變形以及冬季室內(nèi)外產(chǎn)生內(nèi)力效應(yīng)的影響疊加于荷載效應(yīng)的綜合作用結(jié)果。因該梁是在夏季施工的，而且保溫隔熱措施較差，在冬季的低溫下，沿梁長方向產(chǎn)生收縮。當收縮變形受受到支座的約束時，在梁體內(nèi)產(chǎn)生了拉應(yīng)力。由于混凝土的抗拉低，當拉應(yīng)力超過抗拉，便產(chǎn)生裂縫。此外，設(shè)計中沒有按構(gòu)件由于溫度收縮變形引起的拉應(yīng)力進行抗強度驗算，抗拉筋明顯不足，也是導致井字梁構(gòu)件裂縫的主要原因之一。

4.處理措施

該工程從竣工到發(fā)現(xiàn)裂縫已經(jīng)過一年多時間，此后又經(jīng)過近三個月的現(xiàn)場裂縫發(fā)展的觀測，證實裂縫的開展已處于穩(wěn)定狀態(tài)。引起構(gòu)件裂縫的主要因素-混凝土收縮變形由于各種井字梁及其支承系統(tǒng)的協(xié)調(diào)變形已趨于穩(wěn)定，同時按溫度效應(yīng)與荷載效應(yīng)組合驗算構(gòu)件抗彎強度證明梁截面承載力能夠滿足使用要求，故工程上僅按溫度裂縫的因素對構(gòu)件作了如下處理。

（1）改善屋面保溫性能。原有屋面防水材料已老化變質(zhì)，為防止屋面滲漏，揭去重做。同時重新在屋面上鋪設(shè)架空層，以降低梁體的冬夏溫差與室內(nèi)外溫差。

（2）鑒于構(gòu)件裂縫寬度較小，故采用表面處理法施工。具體方法為：鑿去裂縫側(cè)各寬50cm范圍的粉刷層，對裂縫處用水沖洗，然后刷摻有107膠的水泥漿，最后用1：2水泥砂漿抹平鑿出的凹槽。對井字梁邊梁與支承墻體間的錯位處，先貼上寬300mm的鉛絲網(wǎng)，再用水泥砂漿進行重新粉刷。同時在構(gòu)件修補后經(jīng)過一年左右的跟蹤觀測，沒有發(fā)現(xiàn)新裂縫產(chǎn)生，因此可以認定以上分析結(jié)果以及裂縫處理方法是正確的。

5.結(jié)束語

對于象井字梁構(gòu)件這類體量較大，相互之間約束又較多的混凝土構(gòu)件，為防止產(chǎn)生溫度裂縫可采取如下一些措施：

（1）選擇適宜的季節(jié)澆混凝土。因為混凝土的抗拉強度較低，為防止其收縮變形使梁體內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，應(yīng)盡量選擇溫度低的季節(jié)澆注。必須在熱天澆筑時，可采用冰水或深水拌制，或設(shè)置簡易的遮陽裝置，并對骨料進行噴水預(yù)冷卻，以降低混凝土的攪拌和澆筑溫度。

（2）選用水化熱小和收縮小的水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥），選用級配良好的骨料，并嚴格控制砂、石子的含熱量，盡量降低水灰比，合理使用減水劑，加強振搗，以減少水化熱，提高混凝土的密實性和抗拉強度）。

（3）做好保溫隔熱工作，盡量減少構(gòu)件的冬夏溫差和室內(nèi)外溫差。

（4）加強設(shè)計驗算工作，對構(gòu)件因冬夏季溫差引起的伸縮變形和室內(nèi)外溫差引起的彎曲變形進行裂縫寬度驗算，配足抗拉鋼筋。

（5）盡量采用獨立的結(jié)構(gòu)形式，使構(gòu)件能夠進行自由的伸縮變形。