關(guān)于平面超長超大鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的探討

王法政　張?zhí)斐?/p>

摘 要：近年來，長大化和復(fù)雜化已成為建筑風(fēng)格的發(fā)展方向之一，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也隨之出現(xiàn)了平面超長、超寬、布置形式多樣、豎向多層高層甚至超高層的特點(diǎn)，地下室結(jié)構(gòu)也被經(jīng)常采用，而且混凝土強(qiáng)度等級(jí)也不斷提高，再加上材料選擇及配合比設(shè)計(jì)的不合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案本身的缺陷、施工質(zhì)量的波動(dòng)和使用維護(hù)的不當(dāng)?shù)仍?，以及泵送商品混凝土的廣泛應(yīng)用，自身具有非勻質(zhì)特性的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的可能性就大大增加了。

關(guān)鍵詞：混凝土；裂縫

雖然混凝土結(jié)構(gòu)在使用中允許出現(xiàn)不影響結(jié)構(gòu)安全和使用功能的裂縫( 無害裂縫) ，但對(duì)于一些重要建筑和有特殊使用功能的結(jié)構(gòu)部位來說，混凝土的裂縫( 有害裂縫) 是必須控制的。比如在地下水位以下的地下室出現(xiàn)裂縫將造成滲漏水，而結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的裂縫也必將影響其耐久性甚至安全性。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因是復(fù)雜多樣的，現(xiàn)從四個(gè)方面簡述如下：

原材料因素?；炷潦怯筛鞣N具有不同自身性質(zhì)的成分材料按照一定比例拌制而成的，各成分自身的性質(zhì)對(duì)混凝土開裂的影響將是必然的。比如：水泥水化后的干縮、水化熱造成溫差應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)生成膨脹性物質(zhì)，骨料的級(jí)配不良、自身巖質(zhì)不良等。

設(shè)計(jì)因素?，F(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的裂縫驗(yàn)算是基于正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行的，即混凝土裂縫的寬度一般只是保證結(jié)構(gòu)安全和滿足使用要求，設(shè)計(jì)中并沒有從根本上避免工程施工及使用階段裂縫的產(chǎn)生。而建筑風(fēng)格的復(fù)雜化也給結(jié)構(gòu)布置增大了難度，容易造成結(jié)構(gòu)布置不合理，進(jìn)而出現(xiàn)剛度突變、應(yīng)力集中等不利情況，造成結(jié)構(gòu)開裂。

施工因素。在施工中，配合比設(shè)計(jì)與控制，混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)等方面都會(huì)影響混凝土的質(zhì)量及其變形性能，對(duì)混凝土裂縫的產(chǎn)生造成直接或間接的影響。

首先，混凝土所使用的主要材料和配合比設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)要求，水泥品種與用量、水灰比大小、砂率的大小、各組分之間的相互適應(yīng)性、以及混凝土的塌落度等必須滿足要求；其次，配合比設(shè)計(jì)和施工時(shí)的環(huán)境條件和材料情況肯定不會(huì)完全相同，比如氣候的溫度與濕度、組成混凝土材料的質(zhì)量情況，施工中如不根據(jù)材料和環(huán)境條件及時(shí)調(diào)整，將造成混凝土質(zhì)量的不均勻，或影響混凝土的強(qiáng)度，直接或間接造成對(duì)混凝土開裂的影響；第三，混凝土攪拌時(shí)組分材料計(jì)量不準(zhǔn)確，使混凝土質(zhì)量波動(dòng)頻繁，容易造成混凝土的開裂；第四,混凝土澆筑時(shí)沒有針對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的切實(shí)可行的澆筑方案，或不按方案與交底施工，以及在混凝土泵送中隨意加水，砼振搗不均勻、不密實(shí)，施工縫和細(xì)部處理不仔細(xì)，均會(huì)成為結(jié)構(gòu)開裂的隱患；第五，水平結(jié)構(gòu)表面抹壓次數(shù)少、時(shí)間把握不好，或過振后表面浮漿過多，均會(huì)造成表面不規(guī)則的裂縫,即龜裂；第六，對(duì)于體積較大的如大截面柱、大截面梁等構(gòu)件，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí),側(cè)模拆除過早將會(huì)使表面溫度降低過快而同時(shí)內(nèi)部水化反應(yīng)正處于高峰期，造成構(gòu)件內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂縫；第七，混凝土的養(yǎng)護(hù)( 特別是早期養(yǎng)護(hù)) 對(duì)于避免施工裂縫具有十分重要的意義，但施工中很多情況下對(duì)此重視不夠，尤其是豎向構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)更是不易到位。外界環(huán)境中的風(fēng)吹、日曬加快了水分蒸發(fā)速度，也就增加了混凝土的干縮速度，容易造成混凝土表面的裂縫。

另外，在混凝土結(jié)構(gòu)的施工中，模板系統(tǒng)和鋼筋工程的質(zhì)量好壞也和混凝土產(chǎn)生施工裂縫有一定的關(guān)系。比如: 模板構(gòu)造方案不當(dāng)，造成模板及支撐剛度不足而下沉或變形，模板拼縫不嚴(yán)密造成漏水、漏漿,拆模過早等；局部鋼筋表面污染嚴(yán)重，保護(hù)層偏差過大等，這些都有可能造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。

使用維護(hù)因素。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，很多結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6 個(gè)月，甚至1～2 年內(nèi)出現(xiàn)裂縫，這說明裂縫多數(shù)是在外荷載作用后才出現(xiàn)的，即為使用階段的裂縫。使用階段裂縫的出現(xiàn)除了與使用荷載有關(guān)外,環(huán)境的溫度、濕度變化以及風(fēng)的影響也是重要的影響因素，因?yàn)?熱脹冷縮"是幾乎所有物體所具有的共性，尤其對(duì)于長大化的結(jié)構(gòu)更為顯著。

所以，在建筑的施工和使用過程中，必須重視對(duì)新澆結(jié)構(gòu)保溫保濕的維護(hù)工作。比如: 基礎(chǔ)及地下室工程具備條件后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行土方回填，主體框架完成后及時(shí)進(jìn)行砌體和屋面防水層、保溫層等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，盡量避免混凝土結(jié)構(gòu)長期的完全暴露在室外環(huán)境當(dāng)中，避免和減小因"熱脹冷縮"而出現(xiàn)裂縫。

2 平面超長超大結(jié)構(gòu)的成功實(shí)踐

某工程，平面呈不規(guī)則形狀，東西長154m，南北寬近100m，層高4.8m，柱網(wǎng)尺寸9m×9m，局部為12mm×12mm，首層和二層的單層建筑面積均約為15 000m2，三層以上每層的建筑面積銳減了一半左右。作為平面超長超寬的大跨度結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中采用了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力平板無縫結(jié)構(gòu)體系，橫縱各一條補(bǔ)償收縮混凝土后澆帶和數(shù)條補(bǔ)償收縮混凝土膨脹加強(qiáng)帶，取得了良好的效果。

某工程設(shè)計(jì)采用的是有梁板框架結(jié)構(gòu)體系，針對(duì)結(jié)構(gòu)的變形與裂縫控制,設(shè)計(jì)中主要采用了以下措施: 基礎(chǔ)工程混凝土全部采用補(bǔ)償收縮混凝土并設(shè)置后澆帶；在首層和頂層水平結(jié)構(gòu)中設(shè)置構(gòu)造預(yù)應(yīng)力于主梁( 有粘結(jié)) 和次梁( 無粘結(jié)) 中;在薄弱樓層和薄弱部位混凝土中摻加杜拉纖維以提高混凝土的抗拉性能；在每層水平結(jié)構(gòu)中設(shè)置多條補(bǔ)償收縮混凝土后澆帶和膨脹加強(qiáng)帶。

3 平面超長超大結(jié)構(gòu)施工的幾點(diǎn)建議

在此類結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)： ①混凝土各組分摻量計(jì)量準(zhǔn)確，保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定；②保證混凝土振搗密實(shí)，不得欠振、漏振和過振；③在混凝土終凝前，用人工或機(jī)械進(jìn)行多次抹壓，以防止表面龜裂的產(chǎn)生；④在最后一遍抹壓后隨即采取有效的保溫保濕措施，做好混凝土的養(yǎng)護(hù)；⑤后澆帶施工時(shí)必須將接縫處清理干凈并充分濕潤后再進(jìn)行膨脹混凝土澆筑；⑥加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的維護(hù)和使用管理，避免溫差和風(fēng)等自然條件對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生不利影響，避免使用不合理( 超載和損壞結(jié)構(gòu)等)造成結(jié)構(gòu)開裂。

隨著建筑結(jié)構(gòu)向長大化和復(fù)雜化的方向邁進(jìn)，混凝土結(jié)構(gòu)的變形與裂縫問題變得越來越突出，如果解決得不好必將影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的更進(jìn)一步發(fā)展，也可能使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)方案的主流地位受到挑戰(zhàn)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為我國現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)適用的結(jié)構(gòu)方案，混凝土變形與裂縫的研究和控制已經(jīng)顯得迫切起來，雖然裂縫產(chǎn)生的原因復(fù)雜多變，但隨著科學(xué)技術(shù)和分析、試驗(yàn)方法的不斷進(jìn)步，這一課題必將會(huì)不斷取得新的突破，這就需要建筑行業(yè)的全體從業(yè)人員發(fā)揮創(chuàng)造力與智慧，從原材料、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)等諸多方面共同探討和解決。