钢筋砼屋面梁温度裂缝的分析与处理

钢筋砼屋面梁温度裂缝的分析与处理容立荣（江门市江海规划建筑设计院）摘要：本文着重探讨在本实例中，钢筋砼屋面梁温度裂缝产生的原因，并具体予以分析与处理，希望能够为设计及施工人员提供一点经验教训，引起大家在生产中对温度裂缝的重视。关键词：钢筋砼屋面梁、裂缝、梁体的室内外温差、裂缝宽度。一、工程概况某综合楼建筑面积1500m2，为钢筋砼框架结构建筑，基础为锤击沉管灌注桩基础。工程于1999年1月开工，1999年6月完成框架并开始做室内砌体及粉刷。2000年1月发现○2~○5轴天面横向框架梁及次梁在支座处梁面及梁两侧出现垂直裂缝。裂缝宽度在0.2~0.5mm。裂缝位置和情况如图1、图2所示。选择几条较宽的裂缝，在清除表面批荡层后，发现裂缝沿梁截面高度呈上宽下窄状。为表面裂缝,基本未贯穿梁底。图1图2二、设计的验算复核现以开裂的横向框架梁进行裂缝宽度验算。夏季，横向框架梁梁面与梁底的温差为20°C，梁顶受热变形大于梁底。此时，温度效应产生的弯矩与屋面荷截效应产生的弯矩在梁支座处同向，为不利组合。查阅设计计算结果，该处梁支座的弯矩（恒载+活载）标准值为Mk=-27.085kN·m。设定两端嵌固计，由梁上、下表面温差造成的梁支座弯矩：Mt=-аttoEI/h=1×10-5×20×2.55×104×200×6003/(12×600)=-30.6kN·m其中аt为砼线膨胀系数，取1×10-5/oC；E为砼弹性模量，C20取2.55×104N/mm2；to=t1-t2，其中t1为梁底温度，t2为梁顶温度，to取20oC；矩形梁惯性矩为I=bh3/12，其中b为梁宽200mm，h为梁高度600mm。梁支座弯矩Ms=Mk+Mt=27.08+30.6=57.68kN·m为尊重历史现实，裂缝开展仍采用原设计当时的执行规范，即GBJ10-89规范的公式计算。使用阶段的钢筋应力бss=Ms/0.87hoAs=57。68×106/(0.87×565×308)=381N/mm2配筋率ρte=As/0.5bh=308/0.5×200×600=0.0051砼抗拉ftk=1.5N/mm2，钢筋不均匀系数ψ=1.1-0.65ftk/ρteбss=1.1-0.65×1.5/0.0051×381=0.598裂缝宽度wmax=2.1ψбss(2.7c+0.1d/ρte)ν/Es=2.1×0.598×381×(2.7×25+0.1×14/0.0051)×0.7/(2.0×105)=0.573mm其中Es为Ⅱ级钢筋弹性模量,取2×105；c为钢筋砼保护层厚度，取25mm；ν为纵向钢筋表面特征系数，Ⅱ级钢筋取ν=0.7。三、裂缝产生的原因分析及处理措施1、根据天面砼试件资料及对天面砼梁进行现场回弹，砼强度等级均超过C20,符合设计要求，故可排除因梁身砼强度等级不足而引起梁开裂的可能。2、该工程采用锤击沉管砼灌注桩基础，复打法施工，质监部门对50%的桩做了小应变检测，并未发现断桩，桩成形大致良好。查阅测沉记录，该楼共设9个沉降观测点，最大沉降量是7mm，最小沉降量为3mm，最大沉降差为4mm，整体沉降均匀。故亦可排除由于桩基础沉降过大而引起梁开裂的可能。3、研究施工单位实际操作，当时由于资金问题，工程在完成顶层粉刷，天面未铺隔热砖的情况下暂停了下来。屋面仅做了水泥砂浆找平。江门地处亚热带地区，夏季气候炎热。笔者曾用温度计测量楼面阳光直射处，温度可达50°C以上，而室内梁底温度则为30°C左右。因屋面仅有一层2cm厚的水泥砂浆，故屋面的隔热性很差，梁体的室内外温差在炎热的夏日中午至少在20°C以上。4、根据该综合楼的结构施工图，当时按六度四级抗震设计，出现裂缝的横向框架梁截面为20×60，支座钢筋为2Ф14。由以上计算可知，本工程横向屋面梁产生温度裂缝的原因是在长时间未铺隔热砖的情况下，梁顶、梁底温差造成温度弯矩与梁支座处由荷载引起的弯矩同向叠加。而设计时，未有考虑温差作用，钢筋配置不足，从而产生裂缝。发现裂缝后，为了观察裂缝的发展趋向，设计让施工单位对裂缝用石膏和红油作上标记，并立即铺上架空隔热砖，经过三个月观测，裂缝末有发展，已趋于稳定。鉴于裂缝宽度较小，其处理方法为：凿去裂缝两侧各5cm宽的批荡层及找平层，用水冲洗裂缝，再刷掺有107胶的水泥浆，最后用1：2水泥砂浆抹平凿出的凹槽。再经过一年的跟踪观测，无发现新裂缝产生，故此认为以上分析及处理是正确的。四、结束语砼结构一般不计算由于温度、收缩产生的内力。温度应力对结构的影响是很复杂的问题，并非凭计算就能完全解决的，一方面建筑物温度场分布和收缩参数等都很难准确地决定；另一方面砼又不是弹性材料，它既有塑性变形，还有徐变和应力松弛，实际的内力要远小于按弹性结构的计算值。因此钢筋砼框架结构的温度收缩问题，由构造措施来解决。实际上在设计中也没有都进行温度应力计算，但并不因此而出事。我看关键是在设计思想上重视温度热胀冷缩应力的影响，从多方面采用措施，避免构件表面长期暴晒，减少构件表面温度剧烈变化，设置屋面隔热层是行之有效的办法。结构设计中，利用概念设计，对可能受温度应力影响的构件，部分进行加强处理，也是可行的。经验不多，不当之处，望大家指正。参考文献：1．GB50010—2002混凝土结构设计规范。2．郭继武，建筑结构教学丛书《砼结构与砌体结构》，北京：高等教育出版社