2.6 混凝土结构和构件的裂缝控制
2.6.1 结构的伸缩缝设置
《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010给出了钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距宜符合的规定，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010给出了高层建筑结构伸缩缝的最大间距宜符合的规定。两本规范的规定基本一致，考虑了结构体系、施工方法、结构所处环境的影响。但应当注意的是：设计人员应当根据工程所在城市的环境情况区别对待，我国国土幅员辽阔，全国各地都用相同的伸缩缝最大间距显然不够合理。应根据本地的环境温差、干湿度情况总结出各个地区的合理伸缩缝最大间距。
设计中常常因各种原因导致结构分缝困难。有的工程分缝后结构体系自身不够合理，有的工程分缝后建筑立面难以处理，有的工程可以适当分缝，但分缝后每一个结构单元的长度还是大大超过了规范所规定的限值。
对于超过规范限制的结构，我们应该慎重对待。对于一般立面装修要求不高、使用上无特殊要求的建筑，其伸缩缝最大间距，应按规范规定执行。尤其是住宅，一旦出现裂缝会带来很大的麻烦，更应慎之又慎，因此一般情况下应严格把握，没有十分可靠的措施不能随意放宽限制。
对于公共建筑，则可以根据工程情况以及所采取的对策措施，适当加大伸缩缝间距。
说明：除了荷载作用下的受力裂缝，混凝土的开裂主要包括两方面：一是混凝土浇筑后硬化过程中的干缩裂缝，二是使用过程中外界温度变化导致的伸缩裂缝。规范对于伸缩缝最大间距的要求主要是为了减少后一种裂缝的产生。这两类裂缝，产生的原因不同，需要应对的措施不同，因此应从两方面入手控制裂缝的产生。
我们曾对多起工程发生裂缝的情况进行处理，很多工程即使长度未超过规范推荐的最大间距仍出现了严重的裂缝问题。多起问题总结后发现：目前工程中的裂缝问题大多数是干缩裂缝，引起干缩裂缝的主要原因是施工养护和材料问题。控制干缩裂缝最重要的是对施工过程和混凝土材料构成的控制，必须加强施工措施，增强混凝土防裂抗渗性能。
2.6.2 控制干缩裂缝可以采取的措施为：
1 精选砂、石骨料，注意骨料配合情况。
拌合前，须清洗骨料杂物。粗细骨料的含泥量应严格控制在施工规范的要求以内。
粗骨料的强度，一般不起控制作用，常用的石灰岩石子，对于配制C70以下的混凝土都不成问题。有问题的是石子级配、粒径等问题。而近年来我国石子供应质量每况愈下，石子空隙率过大，形状不合格，导致灰浆过多，更容易开裂。因此对于超长或者高强易裂工程应要求调整级配，使石子空隙率减至合格的范围以内。
不宜采用人工砂，因为人工砂采用石子粉碎，常有很多细末，容易造成裂缝。
2 控制水泥用量并且优选水化热低的水泥。每立方混凝土水泥用量不宜超过350kg，否则易裂。不宜采用早强水泥，一些早强水泥将水泥磨得过细，细颗粒越多，越易裂，而且早强导致水化热产生太快，拆模时如外界温度低，温差大就易开裂。
3 混凝土采用60～90天强度。建筑物底部结构承受全部荷载，都在60天以后，采用后期强度，可少用水泥，利用粉煤灰，是减少裂缝很有效的方法。现在搅拌站出来的混凝土，基本上都掺入了粉煤灰，我国《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》JGJ 28-86规定基础构件可用60天强度，实际上其他构件也可以。国外用90天强度已很普遍。这样既可以节约水泥用量，降低造价，又可以减少混凝土的收缩，减少由此而产生的开裂。
为限制混凝土的早期开裂，可控制混凝土的早期强度，在不掺缓凝剂的情况下，可要求12小时抗压强度不大于8kN/mm²或24小时不大于12kN/mm²，当抗裂要求较高时，宜分别不高于6kN/mm²及10kN/mm²。
4 注意混凝土硬化过程中的养护。结构表层混凝土的耐久性质量在很大程度上取决于施工养护过程中的湿度和温度控制。暴露于大气中的新浇混凝土表面应及时浇水或覆盖湿麻袋，湿棉毯等进行养护，如条件许可，应尽可能蓄水或洒水养护(反梁式筏基采用蓄水最好)，但在混凝土发热阶段最好采用喷雾养护，避免混凝土表面温度产生骤然变化。
对于大掺量粉煤灰混凝土，在施工浇筑大面积构件(筏基，楼板等)时，应尽量减少暴露的工作面，浇筑后应立即用塑料薄膜紧密覆盖(与混凝土表面之间不应留有空隙)防止表面水分蒸发，并应确保薄膜搭接处的密封。待进行搓抹表面工序时可卷起薄膜并再次覆盖，终凝后可撤除薄膜进行水养护。
5 冬施混凝土成型前后进行温控计算和测试。
6 尽可能晚拆模，拆模时的混凝土温度(由水泥水化热引起的)不能过高，以免接触空气时降温过快而开裂(拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上)，更不能在此时浇注凉水养护。
混凝土的拆模强度不低于C5。
7 慎重选用混凝土外加剂。外加剂选用不当，不仅有可能影响耐久性，而且还有可能因为搅拌过程不充分导致混凝土中的外加剂不均匀，有的地方多，有的地方少，这种情况反而会导致混凝土开裂。
8 除上述各条外，大体积混凝土的施工应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第13.9节的各条规定。
对于超长结构，以上各条措施应在施工图中注明，并应在施工交底中强调。超长结构的设计人员有义务和必要了解施工的知识，为结构避免裂缝做出预先控制。
2.6.3 控制温度裂缝可以采取的措施为：
1 做好建筑物的保温，建筑外墙设外保温；适当增加屋面保温层厚度；
2 屋面最好做架空层以提高其隔热性能，减少太阳辐射对混凝土屋面板的直接影响。一般可在屋面防水层以上砌筑小砖墩，上面铺设混凝土薄板(厚度40mm左右)，板内可配置 4～ 6构造钢筋。在外墙面上须留出通气孔，使架空层内的空气得以流通。
3 仅在屋顶层设置伸缩缝(见图2.6.3-1)
图2.6.3-1 仅屋顶层设置伸缩缝(北京昆仑饭店实例)
4 在温度应力大的部位增设温度筋，这些部位主要集中在超长结构的两端，混凝土墙体附近，温度筋配置的原则是直径细、间距密。在满足强度要求的前提下，钢筋直径宜为8～10mm，间距宜为150mm左右。
顶层梁、板筋均应适当加大，梁筋主要加大腰筋，腰筋直径以≤16mm为宜，间距可取150mm左右。
5 对于矩形平面的框架-剪力墙结构，不宜在建筑物两端，设置纵向剪力墙，如图2.6.3-2。
6 剪力墙结构纵向两端的顶层墙的配筋，采用细直径密间距的方式。
7 外露的挑檐、雨罩、挑廊等结构，应每隔12m左右，设一道伸缩缝，缝宽20～30mm，与之相连的纵向梁，应加强其腰筋的配置，腰筋直径宜≤16mm，间距可取150mm左右。
图2.6.3-2 建筑物两端不宜设置纵向剪力墙示意
8 配置预应力温度筋。在梁、楼板内配置预应力温度筋是一种主动抗裂的方式，可有助于解决后期温度变形导致的裂缝。混凝土受到预压，就能抵消和避免在拉应力下产生裂缝。梁中预应力钢筋可以采用截面中心直线布筋方式。板中预应力钢筋可以采用截面中心直线布筋方式，为了节约施工过程中的马凳数量，也可以采用曲线布筋，支座处控制在截面中心，仅在1/8跨度处增设马凳即可，跨中处自然垂放。在温度应力大的部位板内预应力控制值可为1MPa左右(美国规范要求压应力不小于100lb/in2约合0.7MPa)，梁内预应力控制值可为1.5MPa左右。其他部位根据应力情况酌减。但应注意，预应力筋的张拉一般宜在混凝土强度达到75％以后，这时如施工养护不好的话干缩裂缝早已出现，因此施加预应力的方法并不能防止干缩裂缝，更需向施工单位强调加强施工养护的重要性。
现浇结构每隔30m～40m间距设置施工后浇带(图2.6.3-3)，宜2个月并不应少于45天后再以高一级强度的混凝土浇灌后浇带。应注意，施工后浇带的作用在于减少混凝土的收缩应力，并不直接减少使用阶段的温度应力。后浇带不能代替伸缩缝。通过后浇带的板、墙钢筋宜断开搭接，以便两部分的混凝土各自自由收缩；梁主筋断开问题较多，可不断开。后浇带应从受力影响小的部位通过(如梁、板1/3跨度处，连梁跨中等部位)，不必在同一截面上，可曲折而行，只要将建筑物分开为两段即可。混凝土收缩需要相当长时间才能完成，一般在45天后收缩大约可以完成60％，所以在2个月后浇灌能更有效地减少收缩裂缝。
图2.6.3-3 施工后浇带示意
对于超长结构要慎重、认真地控制好设计和施工的各个环节，应同时控制干缩裂缝和温度裂缝。
2.6.4 混凝土构件的强度选择：
剪力墙混凝土强度宜控制不超过C40，挡土墙混凝土强度不超过C30，楼板一般不超过C35。超高层建筑如果需要可以采用较高强度。
除柱外，墙尽量少用高强混凝土，因不易养护。一般情况下，不要因位移不够采用超过C40的墙体混凝土，更不要因连梁不够而用超过C40的混凝土，C60混凝土的弹性模量只比C40提高10％左右，对减小整体位移的贡献有限。
地下室挡土墙一般长度较大且对混凝土强度的要求不高，因此混凝土强度不宜超过C30。
有的工程地下室有五层，所有墙体：包括挡土墙和上部落下的剪力墙都采用C50，这样设计很不合理，因为施工中很容易出现干缩裂缝，关键是根本没有必要用这么高强度。
楼板一般不宜超过C30，否则容易裂。
有的施工图上注明：梁C40，板C30，这是无法施工的。
如混凝土墙体因抗震抗剪承载力不够需要采用高强度等级混凝土，则必须注意加强施工措施。例如有一个工程，混凝土墙体因为抗震抗剪承载力算不够，不得已采用了高强度等级混凝土，设计人员和施工单位都高度重视，各项施工措施完善，墙体施工后未出现开裂问题。该工程采用了90天强度，并有一项施工规定：拆模前螺栓松动后，立即从墙面上大量向模板内浇水。拆模后用塑料薄膜包严，防止水分蒸发，效果很好。
对于超长或高强度混凝土结构，避免裂缝问题的关键点在于设计精心、施工到位。
2.6.5 荷载作用下的受力裂缝控制
1 按《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010公式计算得到的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件的裂缝宽度，对处于一类环境中的民用建筑钢筋混凝土构件，可以不作为控制工程安全的指标。
2 厚度≥1m的厚板基础，无需验算裂缝宽度。
3 其他基础构件(包括地下室挡土墙)的允许裂缝宽度可放宽至0.4mm。
说明：当前许多工程，由于验算受弯裂缝宽度超过规范允许值，因而额外多配许多钢筋，造成很大浪费。
工程中的混凝土开裂，绝大多数是由于上述的两大类原因再加上支座沉降等造成的，规范并没有规定出现这类裂缝及其宽度的计算方法，也没有明确这类裂缝是否应与受力裂缝宽度叠加，原因是这类裂缝的不确定因素很多。
我国对于混凝土构件的受力裂缝宽度的计算公式，有三本规范：建设部、交通部、水利部的混凝土结构设计规范，计算结果相差很大。交通、水利工程的混凝土构件所处的环境条件比我们建筑物构件要严酷得多，但是建设部《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010计算的结果却是最大的。
有经验的工程师大都有此体会，按规范公式计算本该出现的受力裂缝，在工程构件上根本找不到，而且在实际工程构件上由荷载试验所产生的裂缝宽度，有时却比计算值小一个数量级。
建设部规范裂缝宽度的计算公式来源是前苏联，前苏联的穆拉谢夫教授在1949年专门研究裂缝，他按纯受弯构件，假设构件裂缝间距相等，然后根据裂缝处钢筋应力与混凝土内力等因素，推导出裂缝宽度，并根据试验数据得出最后公式。我国东南大学丁大钧教授继承了穆拉谢夫的思路，后来中国建筑科学研究院也对此进行研究，得出了裂缝宽度的公式。
由此，我们应该明确《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010裂缝宽度计算公式的适用范围：
1 只适用单向简支受弯构件。双向受弯构件不适用，如双向板、双向密肋板。
目前规范中有关裂缝控制的验算方法，是沿用早期采用低强钢筋以简支梁构件形式进行试验研究的结果，与实际工程中的承载受力和裂缝状态相差甚大。由于工程结构中梁、板的支座约束，楼板的拱效应和双向作用等的影响，实际裂缝状态比验算结果要有利得多。采用高强材料以后，受力钢筋的应力大幅度提高，裂缝状态将取代承载能力成为控制设计的主要因素，从而制约高强材料的应用。而与国外规范比较，我国裂缝宽度的验算结果偏于严厉。试验观察表明实际裂缝呈“V”字形，钢筋表面的裂缝宽度远小于构件表面。
不少审图单位要求设计单位提供双向板的裂缝计算宽度和挠度，实际上规范中并未提供计算方法，所以这种要求和计算是没有意义和依据的。
2 对于连续梁计算裂缝宽度偏大。主要是因为连续梁受荷后，端部外推受阻产生拱效应，降低了钢筋应力。
3 外墙挡土墙是压弯构件，不宜采用此式计算。
计算裂缝宽度，目的是使裂缝控制在一定限度内，以减少钢筋锈蚀。但在一类环境中，裂缝宽度对于钢筋锈蚀没有明显影响，这在世界上已有共识。传统的观点认为，裂缝的存在会引起钢筋锈蚀加速，减短结构寿命。但近50年国内外所做的多批带裂缝混凝土构件长期暴露试验以及工程的实际调查表明，裂缝宽度对于钢筋锈蚀程度并无明显关系。许多专家认为，控制裂缝宽度只是为了美观或心理上的安全感。美国规范ACI318规范自1999年版开始取消了以往室内、室外区别对待裂缝宽度允许值的做法，认为在一般的大气环境条件下，裂缝宽度控制并无特别意义；欧盟规范EN1992-1.1认为“只要裂缝不削弱结构功能，可以不对其加以任何控制”，“对于干燥或永久潮湿环境，裂缝控制仅保证可接受的外观；若无外观条件，0.4mm的限值可以放宽”。
有时，裂缝宽反而比窄对结构更有利，构件反而不易锈蚀。在海水、除冰盐等化学腐蚀环境下，细缝更易由毛细管作用而进水(侵蚀性的)，侵蚀水进去后，不易由雨水等冲刷掉，因此对构件更不利。
综上所述，我们可知：
1 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010裂缝宽度的计算公式所得出的裂缝宽度偏大；
2 该公式适用范围，适用于简支梁(单向受弯构件)，不适用于连续梁和双向受力构件，也不适用于压弯构件如地下室外墙板等等；现在一些程序给出的裂缝计算结果有些不可靠，没有合理的理论依据，不宜采用。
- 上一节：2.5 纵向受力钢筋的最小配筋率
- 下一节：3 钢筋混凝土楼盖