1.3.7 与温度有关的裂缝计算公式有:
连续式约束条件下楼板、长板、剪力墙、大底板等最大约束应力计算公式:
ζ*xmax=-EaT1-1chβL2H(t,η) (1)
或按时间增量的计算公式:
ζ*xmax=∑ni=1Δζi=-a1-u∑ni=11-1chβiL2ΔTiεi (t)H(t,η) (2)
当应力超过混凝土的抗拉强度时,可求出裂缝间距:
Lmax=2EHCxarcchaTaT-εp (3)
L=1.5EHCxarcchaTaT-εp (4)
Lmin=12Lmax (5)
式中,T-包含水化热、气温差及收缩当量温差。同号叠加,异号取差,由此可见,夏天炎热季节浇筑混凝土到秋冬冷缩都是叠加的,拉应力较大;
H(t,η)-松弛系数。在保温保湿养护条件下(缓慢降温即缓慢收缩),松弛系数取0.3或0.5,当寒潮袭击或激烈干燥时,松弛系数取0.8,应力接近弹性应力,容易开裂;
T=T1 T2 T3(T1为水化热温差、T2为气温差、T3为收缩当量差,取代数和);
εp-混凝土的极限拉伸。级配不良,养护不佳,取0.5×10-4~0.8×10-4;正常级配,一般养护,取1.0×10-4~1.5×10-4;级配良好,养护优良,取2×10-4;配筋合理(细一些,密一些),可提高极限拉伸20%~40%。构造配筋宜为0.3%~0.5%;
H-均拉层厚度(强约束区);
E-混凝土弹性模量;
Cx-水平约束系数;
ch、arcch-双曲余弦及双曲余弦反函数;
a-线膨胀系数,一般情况εp≤|aT|,当εp≥|aT|时取εp=|aT|,[L]→∞。
裂缝开展宽度:
δf=2ψEHCxaTthβL2 (6)
δfmax=2ψEHCxaTthβLmax2 (7)
δf=2ψEHCxaTthβLmin2 (8)
β=CxEH (9)
式中,ψ-裂缝宽度经验系数;Cx-约束系数。
图片来源:百度
三、裂缝的预防措施
1. 建筑设计控制措施
1.1 屋面与外墙采取保温措施按照国外建筑设计常规的做法,屋面设保温隔热层,使屋面的传热系数≤1.0W/m2?K;外墙外表面或内表面相应设置保温隔热层,同时外墙面宜采用浅色装饰材料,增强热反射,减少对日照热量吸收。根据具体情况,屋面和外墙的保温设计应通过热工计算,在不同季节均应能达到《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》和《江苏省民用建筑热环境与节能设计标准》要求,彻底解决温度应力对屋面和墙体的破坏。
1.2 适当控制建筑物长度根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)和《砌体结构设计规范》(GB50003-2001),为避免结构由于温度收缩应力引起的开裂,宜采取设置伸缩缝,伸缩缝间距为30m~50m。多层住宅建筑控制长度建议不大于50m,高层应控制在45m以内。如果超过此长度,应设置伸缩缝。超长量不大时,可采用设置后浇带的方法,以减少混凝土楼板收缩开裂。
1.3 住宅平面形状控制住宅平面宜规则,避免平面形状突变。当楼板平面形状不规则时,宜设置梁使之形成较规则平面。当平面有凹口时,凹口周边楼板的配筋宜适当加强。
2 结构设计控制措施
2.1、严格控制混凝土施工配合比。根据混凝土强度等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确配合比。严格控制水灰和水泥用量。选择级配良好的石子,减小、空隙率和砂率以减少收缩量,提高混凝土抗裂强度。值得注意的是近十几年来,我国一些城市为实现文明施工,提高设备利用率,节约能源,都采用商品混凝土。因此加强对商品混凝土进行塌落度的检查是保证施工质量的重要因素。
2.2、在混凝土浇捣前,应先将基层和模板浇水湿透,避免过多吸收水分,浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。
2.3、混凝土楼板浇筑完毕后,表面刮抹应限制到最小程度,防止在混凝土表面撒干水泥刮抹,并加强混凝土早期养护。楼板浇筑后,对板面应及时用材料覆盖、保温,认真养护,防止强风和烈日曝晒。
2.4、严格施工操作程序,不盲目赶工。杜绝过早上传、上荷载和过早拆模。在楼板浇捣过程中更要派专人护筋,避免踩弯面负筋的现象发生。通过在大梁两侧的面层内配置通长的钢筋网片,承受支座负弯矩,避免因不均匀沉降而产生的裂缝。
2.5 工程裂缝产生的主要原因是混凝土的变形。如温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降变形等,此类因变形引起的裂缝几乎占到全部裂缝的80%以上。在变形作用下,结构抗力取决于混凝土的抗拉性能,当抗拉应力超过设计强度时,应验算裂缝间距,再根据裂缝间距验算裂缝宽度。
2.6 现浇板板厚宜控制在跨度的1/30,最小板厚不宜小于110mm(厨房、浴厕、阳台板最小厚度不小于90mm)。有交叉管线时板厚不宜小于120mm。
2.7 楼板宜采用热轧带肋钢筋以增加其握裹力,不宜采用光圆钢筋。分布钢筋与构造钢筋宜采用变形钢筋来增加与现浇混凝土的握裹力,对控制楼板裂缝的效果较好。
2.8 设计时注意构造钢筋的布置十分重要,它对构造抗裂影响很大。对连续板不宜采用分离式配筋,应采用上、下两层连续式配筋;洞口处配加强筋;对混凝土梁的腰部增配构造筋,其直径为8mm~14mm,间距约200mm。
2.9 屋面层阳角处、东西单元房间和跨度≥3.9m时,应设置双层双向钢筋,阳角处钢筋间距不宜大于100mm,跨度≥3.9m的楼板钢筋间距不宜大于150mm。跨度<3.9m的现浇楼板上面负弯矩钢筋应一隔一拉通。外墙转角处应设置放射钢筋,配筋范围应大于板跨的1/3,且长度不小于2.0m,每一转角处放射钢筋数量不少于7根,钢筋间距不宜大于100mm。
2.10 现浇楼板的混凝土强度等级不宜大于C30,特殊情况须采用高强度等级混凝土或高强度等级水泥时,要考虑采用低水化热的水泥和加强浇水养护,便于混凝土凝固时的水化热释放。
2.11 在预埋PVC电线管时,必须有一定的措施,PVC管要有支架固定,严禁两根管线交叉叠放,确须交叉时应采用专门设计的塑料接线盒,以防止塑料管在管线交叉对混凝土厚度削弱过多。在预埋电线管上部应配置钢筋网片,(4@100mm宽度600mm)。若用铁管作为预埋管时,宜采用内壁涂塑黑铁管,一方面既能保证黑铁管(不镀锌钢管)与混凝土的粘结力,同时也有利于穿线和不影响混凝土的计算高度。
2.12 后浇带处理
(1)后浇带应设置在对结构受力影响较小部位,一般应从梁、板的1/3跨部位通过或从纵横相交部位或门洞口的连梁处通过。后浇带间距不宜超过30m。
(2)后浇带宽度为700mm~1000mm,板和墙钢筋搭接长度应不低于45d,且同一截面受力筋搭接不超过50%。梁、板主筋不宜断开,使其保持一定联系性。
(3)后浇带浇筑时间不宜过早,以能将混凝土总降温及收缩变形完成一半以上时间为佳。从目前混凝土的收缩量来看,估计3~6月方能取得明显效果,最短不少于45天。在苏州这样软土地区,后浇带浇筑时间应在主体封顶以后,方可有效地释放沉降的应力。
(4)后浇带中垃圾应清理干净,接缝应密实,新老混凝土界面用1:1水泥砂浆接浆。后浇带混凝土强度等级比原混凝土强度等级提高一级,且采用微膨胀混凝土,以防止新老混凝土界面产生裂缝。
(5)后浇带混凝土接缝宜设置企口缝,混凝土浇筑温度尽量与原老混凝土浇筑时温度一致。
(6)施工后浇带的施工应认真领会设计意图,制定施工方案,杜绝在后浇处出现混凝土不密实、不按图纸要求留企口缝,以及施工中钢筋被踩弯等现象。同时更要杜绝在未浇注混凝土前就将部分模板,支柱拆除而导致梁板形成悬臂,造成变形。
四、裂缝的处理方法
1、表面修补法
适用于对承载能力没有影响的表面裂缝的处理,也适用于大面积细裂缝防渗、防漏的处理。
1)表面涂抹水泥砂浆:将裂缝附近的混凝土表面凿毛,或沿裂缝凿成深15~20mm,宽150~200mm的凹槽,扫净并洒水湿润,先刷水泥净浆一层,然后用1:2的水泥砂浆分2~3层涂抹,总厚度控制在10~20mm左右,并用铁抹抹平压光。有防水要求时应用2mm厚水泥净浆及5mm厚1:2的水泥砂浆交替抹压4~5层,刚性防水层涂抹3~4小时后进行覆盖,洒水养护。在水泥砂浆中掺入占水泥重量1~3%的氯化铁防水剂,可起到促凝和提高防水性能的效果。为了使砂浆与混凝土表面结合良好,抹光后的砂浆面应覆盖塑料薄膜,并用支撑模板顶紧加压。
2)表面涂抹环氧胶泥:涂抹环氧胶泥前,先将裂缝附近80~100mm宽度范围内的灰尘、浮渣用压缩空气吹净,或用钢丝刷、砂纸、毛刷清除干净并洗净,油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍,如表面潮湿,应用喷灯烘烤干燥、预热,以保证环氧胶泥与混凝土粘结良好。若基层难以干燥,则用环氧煤焦油胶泥涂抹。涂抹时,用毛刷或刮板均匀蘸取胶泥,并涂刮在裂缝表面。
3)采用环氧粘贴玻璃布:玻璃布使用前应在碱水中煮沸30~60分钟,然后用清水漂净并晾干,以除去油脂,保证粘结。一般贴1~2层玻璃布。第二层玻璃布的周边应比下面一层宽10~12mm,以便压边。