減小結(jié)構(gòu)溫度荷載裂縫措施及對(duì)相關(guān)規(guī)范的理解

連興華 沈陽(yáng)新大陸建筑設(shè)計(jì)有限公司

由于環(huán)境溫差的變化廣泛存在于自然界中，由溫度變化導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“熱脹冷縮”的現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)的不同部位產(chǎn)生不同的溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度荷載引起的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就可能出現(xiàn)受拉裂縫。當(dāng)裂縫繼續(xù)發(fā)展至一定程度（特別是超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)），影響正常使用或影響構(gòu)件的承載能力時(shí)，這類有害裂縫就是我們結(jié)構(gòu)工程中盡量控制或者避免的。鑒于此，本文主要探討一些減小結(jié)構(gòu)中溫度荷載裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展的措施，和規(guī)范條文對(duì)于此方面規(guī)定的一些理解。

一、減小結(jié)構(gòu)中溫度荷載裂縫的措施

（一）設(shè)置后澆帶

混凝土抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，一般混凝土的裂縫主要由混凝土收縮引起的，引起收縮裂縫的溫度荷載主要由環(huán)境溫差以及混凝土結(jié)構(gòu)收縮當(dāng)量溫差兩部分組成?；炷恋氖湛s是一種隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形，結(jié)硬初期收縮變形發(fā)展較快，澆筑后2個(gè)月收縮完成約50%左右，至一年左右完成約95%。設(shè)置施工后澆帶是一種有效減小收縮當(dāng)量溫差的辦法，施工后澆帶將大面積的混凝土結(jié)構(gòu)分割成為約30～40m的若干小塊，使混凝土充分釋放了由于收縮引起的溫度應(yīng)力，待釋放到一定程度后再封閉后澆帶，起到了節(jié)約鋼筋的作用。

（二）控制后澆帶封閉時(shí)環(huán)境溫度

后澆帶封閉時(shí)環(huán)境溫度對(duì)溫度荷載的取值影響很大，因?yàn)榄h(huán)境溫差就是取封閉后澆帶時(shí)候的環(huán)境溫度與施工或使用階段的最高、最低溫度的差值，對(duì)環(huán)境溫度變化不是十分敏感的混凝土結(jié)構(gòu)可取封閉后澆帶當(dāng)月的平均氣溫。而溫度荷載裂縫主要由降溫過程中混凝土“冷縮”引起的，控制降溫溫差就成為一個(gè)減小裂縫的主要措施。故封閉后澆帶時(shí)間在北方采暖區(qū)一般可選為環(huán)境溫度較低的冬歇期前后的十月或四月份，在南方非采暖區(qū)可選為環(huán)境溫度較低的十二月至二月份。

（三）從材料方面采取減小溫度荷載裂縫的措施

首先要控制粗、細(xì)骨料中的含泥量，含泥量過大會(huì)降低混凝土骨料界面的粘結(jié)強(qiáng)度，會(huì)在混凝土中形成不封閉的氣孔，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)易開裂；其次，要控制水泥當(dāng)中的堿含量，防止堿骨料反應(yīng)，致使混凝土發(fā)生體積膨脹呈蛛網(wǎng)狀龜裂。

二、對(duì)規(guī)范中超長(zhǎng)混凝土防裂措施的理解

除了以上措施，還可以在結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力較大區(qū)域設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]第3.4.13條、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第8.1.3條、沈陽(yáng)市地方規(guī)范《超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)防裂技術(shù)規(guī)范》[1]第5.1.12條都提出了一些增加伸縮縫間距（即結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度一定時(shí)減小溫度荷載裂縫）的措施。除去一些控制施工、材料的方法，僅從增加配筋方面考慮，主要提到了頂層、底層、山墻和縱墻端開間等部位提高配筋率，以及超長(zhǎng)方向的中部樓板應(yīng)增加溫度鋼筋。下面以一個(gè)單方向超長(zhǎng)的混凝土框架結(jié)構(gòu)為例，橫向?qū)?4.3m、縱向長(zhǎng)81m，8.1m×8.1m的柱網(wǎng)，頂板厚250mm，荷載僅考慮-10℃的降溫綜合溫差，分析結(jié)構(gòu)如下：

由圖1可知沿超長(zhǎng)方向從兩端到中間框架柱變形逐漸減小，即溫度荷載引起的框架柱附加彎矩逐漸減小，故端開間山墻（柱）及縱墻需適當(dāng)提高受力鋼筋配筋率。

由圖2、圖3可知沿超長(zhǎng)方向從兩端到中間板頂拉應(yīng)力逐漸增大，類似于拔河比賽，繩子中部所受軸力最大；而端部應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力且有增大的趨勢(shì)，這是因?yàn)槎瞬靠蚣苤冃我鹂蚣芰菏軓澾M(jìn)而導(dǎo)致板端負(fù)彎矩較大。故超長(zhǎng)方向樓板中部和端部均應(yīng)增大配筋。但中部是由于軸拉力較大，板抵抗溫度荷載配筋可均勻分布；而端部是由于彎矩引起的，板抵抗溫度荷載的配筋應(yīng)主要集中到板底。

三、結(jié)語(yǔ)

工程中常常出現(xiàn)一些因設(shè)計(jì)施工等問題所引起的超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開裂問題，本文通過列舉一些常規(guī)用于減小因溫度荷載而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂的方法，并且通過模型分析，加深對(duì)規(guī)范控制溫度荷載裂縫相關(guān)條文的理解。

圖1 Midas Gen模型及沿XYZ三個(gè)方向變形圖

圖2 沿X向板頂局部應(yīng)力值（MPa）

圖3 繞Y軸頂板局部彎矩值（kN·m）