超長混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與實(shí)際應(yīng)用的探討

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)科技不斷發(fā)展，人民對生活活動場所所的需求樣式與質(zhì)量越來越多樣化，在一些大型的地下工程、公共建筑、單元住宅等工程設(shè)計中常常因?yàn)榻ㄖ⒚?、工程防水、自身平面結(jié)構(gòu)單元建筑等原因而不能設(shè)置變形縫，其長度或?qū)挾瘸叽绯隽藝以O(shè)計規(guī)范規(guī)定的限值，便形成超長結(jié)構(gòu)。超長結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計對設(shè)計和施工都會帶來一些困難，如果處理不當(dāng)會影響工程的總體質(zhì)量，引發(fā)結(jié)構(gòu)安全事故，以下就結(jié)合本人工作經(jīng)歷進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計；控制方法

1.超長結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工常見問題

根據(jù)大量工程施工實(shí)踐顯示，影響混凝土見解裂縫的因素很多，不確定性很大，而且間接作用的影響還有增大的形勢，在實(shí)際工程中主要存在三個方面的問題：

（1）在混凝土施工澆筑過程中水泥水化熱使混凝土內(nèi)外溫差在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。另外在混凝土降溫階段混凝土逐漸散熱冷卻產(chǎn)生冷縮，加上混凝土硬化過程中本身的收縮，就會產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，當(dāng)超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時也會產(chǎn)生裂縫，有的時候還好貫徹整個截面。

（2）環(huán)境溫度的變化引起的結(jié)構(gòu)材料自身的熱脹冷縮所產(chǎn)生的一種溫度應(yīng)力，這種應(yīng)力存在工程施工階段和工程完工的使用階段，混凝土收縮和溫度變化，這種簡潔作用引起的變形和位移對于超靜定混凝土結(jié)構(gòu)可能引起很大的約束力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂，甚至使得結(jié)構(gòu)受力形態(tài)發(fā)生改變。

（3）超長結(jié)構(gòu)的另外一個問題就是結(jié)構(gòu)太長，當(dāng)兼職場地地質(zhì)情況復(fù)雜深度相差較大時，結(jié)構(gòu)兩端的沉降差會很大，如果不設(shè)置沉降又未采取相應(yīng)構(gòu)造措施時，構(gòu)造就會傾斜或產(chǎn)生裂縫。超長結(jié)構(gòu)采取有效措施后可避免發(fā)生裂縫，如何控制、如何避免結(jié)構(gòu)裂縫在超長結(jié)構(gòu)設(shè)計中是很重要的，裂縫控制是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，設(shè)計到設(shè)計方法，建筑造型，結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造、施工工藝、建筑材料、氣候環(huán)境、工程地質(zhì)等各種因素。在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮個方面因素，采取合理的構(gòu)造措施。

2.超長建筑無縫設(shè)計的控制方法

在不設(shè)置永久沉降縫的情況下，不均勻沉降的控制是工程設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)之一，為了有效控制差異沉降，并達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，采取以下各項(xiàng)措施：

2.1 控制絕對沉降量

主樓荷載大，裙房部分荷載小，純地下室區(qū)域處于抗浮狀態(tài)，各區(qū)域荷載差異極大，對不均勻沉降十分敏感。因此設(shè)計應(yīng)采用變剛度調(diào)平理念，用不同樁參數(shù)和樁密度來強(qiáng)化主樓基礎(chǔ)，弱化裙房和純地下室基礎(chǔ)，達(dá)到減小主樓與裙房和純地下室的差異沉降。弱化裙房和純地下室基礎(chǔ)，采用樁長相對較短、持力層較弱的樁基，在主樓沉降的同時，帶動相鄰跨較弱的裙房或純地下室基礎(chǔ)產(chǎn)生部分沉降，從而在高低層過渡區(qū)形成緩和沉降曲線，減少沉降量突變造成的不良影響。這一原理已在以往的工程沉降實(shí)測中得到了驗(yàn)證。

2.2 設(shè)置調(diào)節(jié)沉降差的沉降后澆帶

主樓與裙房和純地下室的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計成整體，但在施工時用沉降后澆帶把兩部分暫時斷開，一般待主樓結(jié)構(gòu)施工完畢，但若有沉降觀測，根據(jù)觀測結(jié)果證明主樓結(jié)構(gòu)的沉降在主樓結(jié)構(gòu)完工之前已趨于穩(wěn)定，也可適當(dāng)提前或當(dāng)主樓與裙房之間的沉降差小于設(shè)計或規(guī)范要求，然后再采用微膨脹混凝土澆灌沉降后澆帶，將高低層連成整體。沉降后澆帶的設(shè)置旨在通過沉降后澆帶封閉前，主樓沉降可以大部分獨(dú)立完成，以降低主裙樓之間的沉降差，使主裙樓之間的差異沉降控制在可以接受的程度。設(shè)置“沉降后澆帶”的基礎(chǔ)，設(shè)計時應(yīng)考慮兩個階段不同的受力狀態(tài)，分別進(jìn)行內(nèi)力分析。設(shè)置沉降后澆帶的大底盤高層建筑的沉降分析，應(yīng)分兩階段進(jìn)行：沉降后澆帶封閉前，應(yīng)根據(jù)沉降后澆帶設(shè)置位置，按幾個分塊獨(dú)立建筑，考慮其相互影響，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的方法計算其變形；沉降后澆帶封閉后，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，在同一整體大面積基礎(chǔ)上建有多棟高層和低層建筑時，按照上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用進(jìn)行變形計算?？紤]上下共同作用來協(xié)調(diào)多塔樓結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，使得筏板內(nèi)力更趨均勻，差異沉降有效減少，設(shè)計更合理、更符合實(shí)際情況、更經(jīng)濟(jì)。

2.3 預(yù)先設(shè)定標(biāo)高差

經(jīng)沉降計算，把主樓標(biāo)高定得稍高，裙房或純地下室標(biāo)高定得稍低，預(yù)留兩者沉降差，使最后兩者實(shí)際標(biāo)高基本一致。

3.混凝土收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力控制方法

對于超長結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計，一般的設(shè)計思路是：抗放兼?zhèn)洹⒁钥篂橹鞯脑瓌t。新澆混凝土在硬結(jié)過程中會收縮，已建成的結(jié)構(gòu)溫度變化時會熱脹冷縮，在正常養(yǎng)護(hù)條件下施工后的頭1～2個月混凝土硬結(jié)收縮量占年收縮量的45%～75%；而溫度變化對結(jié)構(gòu)的作用則是經(jīng)常的，當(dāng)這兩種變形受到約束后，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，當(dāng)這兩種應(yīng)力分別超過混凝土抗拉強(qiáng)度時就會導(dǎo)致混凝土開裂而形成收縮裂縫或溫度裂縫，引起滲漏水。在不設(shè)永久伸縮縫的情況下，有：

3.1 設(shè)置施工后澆帶

施工后澆帶是傳統(tǒng)的做法，通常每隔30m～40m左右設(shè)置一道1m寬后澆帶，以消化收縮變形，減少混凝土收縮應(yīng)力，上述后澆帶一般在其兩側(cè)結(jié)構(gòu)施工完成45d～兩個月后，采用比后澆帶兩側(cè)混凝土強(qiáng)度等級高一級的微膨脹混凝土進(jìn)行澆筑。

3.2 設(shè)置施加預(yù)應(yīng)力

對于超長大型地下室底板、側(cè)墻及頂板采用預(yù)應(yīng)力混凝土可降低結(jié)構(gòu)鋼筋及混凝土的用量，提高了結(jié)構(gòu)的剛度及抗裂性能。對混凝土結(jié)構(gòu)適當(dāng)施加預(yù)壓應(yīng)力，用以抵消由于溫度、收縮等原因產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而達(dá)到控制甚至避免結(jié)構(gòu)開裂的目的。其既可提高地下室的防水抗?jié)B性能，也能免除伸縮縫的留設(shè)；擴(kuò)大地下室柱網(wǎng)，提高了工程的實(shí)際使用面積和空間布置的靈活性，從而改善了建筑物的使用功能。

3.3 配筋控制

構(gòu)件配筋考慮溫度影響，且適當(dāng)提高構(gòu)件最小配筋率：

（1）基礎(chǔ)底板及地下室頂板的最小配筋率控制在0.3%左右（雙層雙向），中樓板控制在0.25%左右（雙層雙向）。

（2）梁的腰筋配筋率，控制在每側(cè)0.20%；且腰筋細(xì)而密，間距控制在150mm以內(nèi)。

3.4 添加抗裂纖維

混凝土作為抗壓強(qiáng)度高、成本低廉、應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，存在著固有的弱點(diǎn)-抗拉強(qiáng)度低、抗裂性差、韌性小等，因此也限制了混凝土性能的充分發(fā)揮。目前，在混凝土中添加纖維來提高混凝土耐收縮斷裂性（如鋼纖維、合成纖維、天然纖維等）是近年來研究和應(yīng)用最為廣泛的途徑之一?？紤]到經(jīng)濟(jì)的因素，在以往的工程中摻加價格較低的聚丙烯纖維，取得了預(yù)期的效果。所以，在不采用預(yù)應(yīng)力的情況下，在受氣溫和約束影響較大的地下室側(cè)墻及地下室頂板添加聚丙烯纖維。

3.5 材料和施工質(zhì)量控制

混凝土原材料應(yīng)采用低收縮、低水化熱水泥，控制水泥用量，摻入適當(dāng)?shù)姆勖夯液屯饧觿?、控制水灰比?？刂粕笆橇虾嗔亢图壟洹⒑侠磉x擇混凝土配合比。施工應(yīng)注意控制混凝土外加劑的品種、質(zhì)量和劑量。

4.結(jié)束語

總之作為設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)不同的工程采取相應(yīng)的措施，不斷摸索出具有針對性的設(shè)計方案，這是我們作為一名合格的設(shè)計人員責(zé)無旁貸的責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

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