抗拔桩的裂缝计算问题

文摘 2024-07-27 11:41 陕西

说这个问题是因为钢筋混凝土抗拔桩裂缝计算的配筋值经常远大于承载力计算的配筋值，裂缝限值的取值也显著影响配筋结果，查了一些资料对这个问题进行总结。

多有质疑《混凝土结构设计规范》GB50010中7.1.2条裂缝计算公式合理性的资料，认为其根据单向简支梁受弯构件试验而来，但从《混规》条文本身的使用条件可以看出来其并不限于受弯构件，适用范围包括拉、压、弯等受力模式。

《混凝土结构设计规范》

7.1.2 在矩形、T形、倒T形和I形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件及预应力混凝土轴心受拉和受弯构件中，按荷载标准组合或准永久组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度可按下列公式计算......

《全国民用建筑工程设计技术措施-结构（混凝土结构）》(2009年版）中对裂缝计算公式的质疑：

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。我国东南大学丁大钩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。但在一类环统中，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》GB50010-2010 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。

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上文对《混规》7.1.2条裂缝计算公式存在的问题进行了详细论述，但国家规范层面一直并未对此进行回应。

《混通规》2.0.8条明确提出了要进行裂缝计算，而除了《混规》7.1.2条的裂缝计算公式，民建行业并无其他裂缝计算公式。

可见现阶段，不用《混规》7.1.2条公式计算裂缝是不行的，这问题上升到了强条层面。

说到抗拔桩裂缝计算问题上，《混规》7.1.2条条文说明有“对沿截面上下或周边均匀配置纵向钢筋的构件裂缝宽度计算，研究尚不充分，本规范未作明确规定”说法。常规的圆形抗拔桩貌似确实不在7.1.2条裂缝计算公式适用范围内。但不算也不行，还有违法强条的嫌疑，所以纠结抗拔桩裂缝公式是否适用解决不了实际问题，还是得按《混规》7.1.2条的裂缝计算公式来算，以下是不同资料中对抗拔桩裂缝计算的规定：

《混凝土结构耐久性设计标准》GB/T50476-2019中3.5.4条对《混规》7.1.2条中裂缝计算时保护层厚度取值给出了不同意见：

看其条文说明：表面裂缝最大宽度的计算值可根据国家现行标准（混凝土结构设计规范）GB50010或《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 JTG 3362 的相关公式计算，后者给出的裂缝宽度与保护层厚度无关。研究表明，按照规范GB 50010 公式计算到的最大裂缝宽度要比国内外其他规范的计算值大得多，而规定的裂缝宽度允许值却偏严。增大混凝土保护层厚度虽然会加大构件裂缝宽度的计算值，但实际上对保护钢筋减轻锈蚀十分有利，所以在我国公路混凝土桥涵设计规范JTG 3362 中，不考虑保护层厚度对裂缝宽度计算值的影响。

若能按此计算抗拔桩裂缝，对经济性控制也有很明显作用，但查看《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 JTG 3362-2018，很尴尬的是本规范中并未《混凝土结构耐久性设计标准》中的规定，究其原因，本规范2004版确实有此规定，但在2018版中对此进行了修正......

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004中

裂缝公式如下：

也有一些地方标准依据《混凝土结构耐久性设计标准》中保护层取值的观点制定条文，如上海市《地基基础设计标准》DGJ08-11-2018

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关于裂缝限值问题，也有一些不同的规定：

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

按《混规》，对于微腐蚀性场地，当桩全部长期在水下，可按一类环境，裂缝限值为0.3mm，其他微腐蚀环境下，裂缝限值为0.2mm。

《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476-2019

《抗浮标准》相比《混规》，对裂缝限值有所放松，二a类环境中，位于稳定地下水位以下的基桩，裂缝宽度限值可取0.3mm。

《建筑结构设计统一技术措施》广东省建筑设计研究院有限公司

本措施中关于抗拔桩裂缝计算保护层取值观点同《耐久性标准》，也提出可以预留腐蚀量不控制裂缝，对裂缝计算时的抗浮水位考虑准永久组合进行折减。

广东省《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2016

本规范裂缝限值观点同《抗浮技术标准》

广东省《建筑工程抗浮设计规程》DBJ/T 15-125-2017

本规范裂缝限值观点相比《抗浮技术标准》有所放松

《结构设计统一技术措施》中国建筑西南设计研究院有限公司

本措施建议对裂缝计算时的抗浮水位进行折减，观点类似广东省院技术措施。。

《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》DBJ11-501-2009(2016年版)：

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综上所述：抗拔桩裂缝的计算公式除了按《混规》7.1.2条计算外也无他法，裂缝计算时保护层厚度大于30mm时取30mm虽然依据不足，但也可以借鉴采用，保护层的加大对钢筋的保护作用提升是客观存在的，毕竟源头上裂缝公式的适用性也存疑；《混规》中对于裂缝限值的规定更严格；对于钢筋混凝土抗拔桩，裂缝计算用的是准永久值，可考虑对抗浮水位进行折减模拟其准永久值效应。

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