淺談高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土裂縫的控制

解林興　羅邦岳

摘 要：高層建筑轉(zhuǎn)換層是建筑結(jié)構(gòu)中的重要部位，也是建筑施工中的重點(diǎn)難點(diǎn)。其施工技術(shù)牽涉到力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及管理學(xué)等多學(xué)科交叉應(yīng)用，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。混凝土的澆筑方案、混凝土的后期養(yǎng)護(hù)、混凝土的溫控技術(shù)，是高層建筑轉(zhuǎn)換層施工中的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換層；混凝土裂縫控制

1 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式及分類

轉(zhuǎn)換層按柱網(wǎng)的布置形式可分為以下兩種：

底部結(jié)構(gòu)形式為大空間的轉(zhuǎn)換層。底部數(shù)層結(jié)構(gòu)形式設(shè)置為大空間在高大建筑中是最常見的情況，這時(shí)可有兩種基本做法：①轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)跨越底層建筑平面的兩端，把荷載傳到底層結(jié)構(gòu)的幾個(gè)支撐點(diǎn)上，這一做法稱為橋式結(jié)構(gòu)。②轉(zhuǎn)換層中部支撐在一個(gè)強(qiáng)勁的筒體上，四周向外懸挑，由此創(chuàng)造底部數(shù)層的大空間(層)，使之成為一個(gè)大商場(chǎng)、停車場(chǎng)、展覽廳或者城市廣場(chǎng)的一部分。

外部形成大柱網(wǎng)的轉(zhuǎn)換層。一般來(lái)說，對(duì)于筒中筒結(jié)構(gòu)的建筑而言，其內(nèi)筒結(jié)構(gòu)布置從上到下不需作什么變化，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置轉(zhuǎn)換的主要是外筒。外框筒為了布置大的入口，常常要求在下部樓層布置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件以在建筑底部擴(kuò)大柱距、形成大的開間。此時(shí)，轉(zhuǎn)換構(gòu)件沿外框筒平面周邊的柱列或角筒布置。外筒的轉(zhuǎn)換主要通過轉(zhuǎn)換梁(或墻梁)、轉(zhuǎn)換析架、轉(zhuǎn)換空腹析架、多梁轉(zhuǎn)換、合柱以及轉(zhuǎn)換拱等轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行。

按結(jié)構(gòu)功能，轉(zhuǎn)換層可分為三類：①.上層和下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換。多用于剪力墻結(jié)構(gòu)和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，它將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架，以創(chuàng)造一個(gè)較大的內(nèi)部自由空間。②上、下層的柱網(wǎng)、軸線改變。轉(zhuǎn)換層上、下的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有改變，但是通過轉(zhuǎn)換層使下層柱的柱距擴(kuò)大，形成大柱網(wǎng)，并常用于外框筒的下層形成較大的入口。③同時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)軸線布置。即上部樓層剪力墻結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蚣艿耐瑫r(shí)，柱網(wǎng)軸線與上部樓層的軸線錯(cuò)開，形成上下結(jié)構(gòu)不對(duì)齊的布置。

2 轉(zhuǎn)換層的功能

從結(jié)構(gòu)功能的角度看，轉(zhuǎn)換層所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換可以歸納為以下三類：結(jié)構(gòu)型式的轉(zhuǎn)換。這種功能被廣泛應(yīng)用于框一剪結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部框架，給下部樓層創(chuàng)造了一個(gè)較大的內(nèi)部空間。柱網(wǎng)、軸線的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換層的上、下部結(jié)構(gòu)型式?jīng)]有改變，但通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，使下層形成大柱網(wǎng)，以滿足外框筒的下層形成較大的出口和較大空間的需要。結(jié)構(gòu)型式和軸線布置同時(shí)轉(zhuǎn)換。上部樓層剪力墻通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蚣?，同時(shí)，上下部樓層柱網(wǎng)的軸線錯(cuò)開，形成上、下部結(jié)構(gòu)不對(duì)齊的布置。

3 建筑物混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土的溫度應(yīng)力與溫度裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮變形(其線膨脹系數(shù)一般為1x10-5/℃)，這種變形稱為溫度變形，當(dāng)此變形受到約束時(shí)，在混凝土內(nèi)部即會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，稱溫度應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土即會(huì)出現(xiàn)裂縫，即溫差裂縫。溫度應(yīng)力的大小與結(jié)構(gòu)形式、氣候條件、施工過程、材料特性及運(yùn)行條件等多種因素有密切關(guān)系。

混凝土的收縮。普通混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積會(huì)逐漸減小，稱為混凝土的收縮，它包括化學(xué)收縮、干燥收縮和碳化收縮?；瘜W(xué)收縮，也稱凝縮、自生收縮，是由十水泥水化失水引起的，化學(xué)收縮量相對(duì)于干燥收縮量極小。混凝土的干燥收縮指置十未飽和空氣中的混凝土因水分散失而引起的體積縮小變形。一般來(lái)說干燥收縮占總收縮量比例較大，對(duì)早期混凝土而言更是如此，因此，干燥收縮危害較大。徐變引起的高層建筑轉(zhuǎn)換層構(gòu)件裂縫。新澆筑的混凝土彈性模量很小，徐變較大，升溫引起的壓應(yīng)力并不大;但在口后溫度逐漸降低時(shí)，混凝土表面散熱較快，溫度較低，使截面內(nèi)外產(chǎn)生非線性的溫度差，表面的溫度收縮變形受到內(nèi)約束。由十此時(shí)混凝土彈性模量比較大，徐變較小，單位溫差產(chǎn)生的應(yīng)力就比較大，在混凝土表面出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，常引起裂縫。

4 高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

4.1 對(duì)轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)全且成材料及混凝土配比、配制的裂縫控制措施

4.1.1 轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)組成材料的裂縫控制措施

拌合水：在混凝土組成材料中，拌合水從單位重量上來(lái)講，對(duì)混凝土溫度的影響最大。因?yàn)樗谋葻崛菔撬嗷蚬橇媳葻崛莸?倍。

水泥：雖然水泥只占混凝土拌合物重量的10%-15%，但經(jīng)計(jì)算，水泥溫度每高10℃，混凝土溫度要升高1℃多。除選用水化熱較低的水泥外，在混凝土攪拌時(shí)也可摻用沸石粉代替部分水泥，降低水泥用量，使水化熱相應(yīng)降低。

骨料：在混凝土各組成材料中，骨料占75%左右，因此，骨料的溫度對(duì)混凝土溫度影響也很大。經(jīng)計(jì)算，骨料升高2℃，混凝土溫度便升高1.3℃，所以骨料應(yīng)堆放在有篷蓋的堆場(chǎng)，盡可能保持較低的溫度和較穩(wěn)定的含水量。

外加劑：化學(xué)外加劑在混凝土的所占比例很小，因此它本身的溫度對(duì)混凝土溫度的影響不大，但外加劑有減少拌合水和水泥用量的功能，可以調(diào)節(jié)拌合水和水泥對(duì)混凝土溫度的影響及推遲混凝土溫升峰值的時(shí)間。而礦物外加劑能改善混凝土的和易性和可泵性，也能減小水灰比，或者替代部分水泥用量，從而起到了降低混凝土溫度的間接作用。

4.1.2 高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土配合比及配制的裂縫控制措施

為防止裂縫的出現(xiàn)。高層建筑轉(zhuǎn)換層所用高強(qiáng)混凝土的配制應(yīng)注意以下一些問題：高強(qiáng)混凝土的配合比應(yīng)通過試配確定。試配除應(yīng)滿足強(qiáng)度、耐久性和易性和凝結(jié)時(shí)間等需要外，尚應(yīng)考慮到拌制、運(yùn)輸過程和氣溫環(huán)境情況，以及施工條件的差異和變化。按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB_50204-92)的規(guī)定，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的保證率應(yīng)達(dá)到95%。因此，試配的強(qiáng)度應(yīng)大十設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度。當(dāng)無(wú)可靠的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)試配強(qiáng)度可按所需設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)乘以1.15系數(shù)。

高強(qiáng)混凝土的水灰比，為降低混凝土的水化熱，一般不大于0.35，并隨強(qiáng)度等級(jí)提高而降低。拌合料的和易性宜通過摻加高效減水劑和混合材料進(jìn)行調(diào)整。在滿足和易性的前提下，盡量減少用水量，以降低水化熱，防止結(jié)構(gòu)裂縫的生成。

高強(qiáng)混凝土中的砂率，根據(jù)大量試驗(yàn)證明，當(dāng)砂率為0.33時(shí)，混凝土強(qiáng)度一般要比砂率為0.4和0.5時(shí)高一些。因此，宜控制在0.28-0.34范圍為宜，對(duì)泵送混凝土可為0.35-0.37。

高強(qiáng)混凝土原材料稱量允許偏差，不應(yīng)超過以下數(shù)值

水泥：±2%；混合料： ±1%；粗細(xì)骨料： ±3%； 水及外加劑： ±1%

配制高強(qiáng)混凝土，應(yīng)準(zhǔn)確控制用水量，并應(yīng)仔細(xì)測(cè)定砂、石中的含水量，用水量中扣除。配料時(shí)宜采用自動(dòng)稱量裝置，通過砂子含水量自動(dòng)檢測(cè)儀器，動(dòng)調(diào)整攪拌用水。拌制高強(qiáng)混凝土應(yīng)使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。攪拌時(shí)投料順序按常規(guī)做法，先倒砂子，再倒水泥，然后倒入石子，外加劑的投放方法應(yīng)通過試驗(yàn)確定。高強(qiáng)混凝土的配合比，應(yīng)考慮到實(shí)際施工時(shí)的坍落度損失，事先規(guī)定拌料在出料舊寸以及運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)的坍落度。因此，必須有嚴(yán)格的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證制度。

4.2 轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)澆筑方案裂縫控制措施

預(yù)冷卻拌合水。大體積混凝土的澆注溫度越高，水泥水化越快。一般澆筑溫度每提高10℃,混凝土內(nèi)部溫度約增加3-5℃。欲冷卻混凝土最容易的辦法是采用冷卻拌合水，但由十水在混凝土中所占熱容量的百分比不大。因此還可采用冰來(lái)預(yù)冷拌合水，再用冰水拌合，或者在混凝土攪拌時(shí)摻冰屑，但注意冰在攪拌過程中要完全融化。預(yù)埋水管道通冷卻水。在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通冷卻水可降低混凝土內(nèi)部最高溫度。這種方法因具有適用性和靈活性，以及能夠控制整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度，所以在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。通冷卻水一般是在混凝土剛澆注完，甚至正在澆注時(shí)就開始進(jìn)行，以減少初期由十水泥水化熱所形成的最高溫度。嚴(yán)格保溫。大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的一個(gè)重要原因是混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度，當(dāng)表面混凝土接近冷卻時(shí)，表面和內(nèi)部的溫差就會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，從而產(chǎn)生超過混凝土抗拉強(qiáng)度的拉應(yīng)力，使混凝土開裂。為了使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低，可采用混凝土表面保溫的方法，使混凝土內(nèi)外溫差降低。采用分層施工，每層厚300-500mm，連續(xù)澆筑，并在前一層混凝土初凝前，將后一層混凝土澆筑完畢。采用疊合梁原理，將轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)按疊合構(gòu)件施工，可緩解大體積混凝土水化熱高、溫度應(yīng)力過大對(duì)控制裂縫的不利影響。

參考文獻(xiàn)

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