淺談超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)在溫度應(yīng)力作用下的裂縫控制

李智明

中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北 武漢 430000

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，建筑功能的不斷升級(jí)更新，建筑中被要求不設(shè)或少設(shè)伸縮縫的項(xiàng)目日益增多，致使結(jié)構(gòu)的伸縮縫距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的限值。本工程是某綜合體項(xiàng)目中一個(gè)單體，共9層，總高36.1米，長(zhǎng)140米，最寬樓板36米，底層層高6米，其余層高均為4.2米，因建筑功能的需要，不能設(shè)置伸縮縫。本文結(jié)合該工程，從設(shè)計(jì)、施工方面對(duì)控制超長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的收縮裂縫進(jìn)行了探討。

1 計(jì)算溫差的確定

1.1 環(huán)境溫差的確定

通過(guò)氣象局網(wǎng)站得到項(xiàng)目所在市最不利月平均氣溫范圍為5～32℃。夏天最高溫度32℃，冬天最低溫度5℃，設(shè)計(jì)中要求后澆帶封閉時(shí)環(huán)境溫度小于25℃，故最大溫差（施工階段考慮室內(nèi)外溫差為0）：T降=5-25=-20℃；T升=32-0=32℃。

1.2 收縮當(dāng)量溫差

混凝土收縮應(yīng)變的形成和發(fā)展與混凝土齡期密切相關(guān)，根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2018），混凝土收縮應(yīng)變可由下式計(jì)算：

考慮施工條件正常取M1=1.1，M2=1.0，M3=1.21，M4=1.2，M5=1.0，M6=1.25，M7=0.8，M8=0.76，M9=1.30，M10=0.86，M11=1.0。由于設(shè)置后澆帶，要求后澆帶封閉時(shí)間不小于90d，混凝土90d收縮應(yīng)變考慮后澆帶封閉后最不利溫差經(jīng)歷的時(shí)間大約是六個(gè)月，此處取270天混凝土收縮應(yīng)變，計(jì)算得1 8 0 天收縮值故180天收縮當(dāng)量溫度為：(α為混凝土材料線膨脹系數(shù))[1]。

1.3 綜合計(jì)算溫差

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，考慮到徐變產(chǎn)生的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，實(shí)際溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果將小于彈性計(jì)算結(jié)果，此處取徐變應(yīng)力松弛系數(shù)H = 0.3。

2 溫度應(yīng)力有限元計(jì)算

根據(jù)綜合計(jì)算溫差，采用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度應(yīng)力的計(jì)算，綜合各樓層溫度作用下樓板應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律。

（1）標(biāo)準(zhǔn)樓板結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)方向應(yīng)力遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)短邊方向，相比較短邊方向，超長(zhǎng)方向在溫度荷載作用下更為敏感。

（2）樓板溫度應(yīng)力在超長(zhǎng)方向呈現(xiàn)從中間向兩邊逐漸變小的趨勢(shì)。

（3）結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力隨著層數(shù)的增加而減小，到了三層以上應(yīng)力值普遍小于0.2Mpa，即便是在溫度應(yīng)力較大的下面幾層，除了一些區(qū)域（如剪力墻周邊，開洞位置，結(jié)構(gòu)角部等）溫度應(yīng)力較大外，其余部分的溫度應(yīng)力相對(duì)較低。

（4）剪力墻與開洞位置在溫度荷載作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象[2]。

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)除需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置、對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理配筋外，還應(yīng)采用一定的構(gòu)造措施來(lái)防止結(jié)構(gòu)開裂。本工程采取了以下構(gòu)造措施。

（1）在溫度應(yīng)力較大處的裂縫可以通過(guò)在應(yīng)力集中處（如剪力墻周邊，開洞位置，結(jié)構(gòu)角部等）設(shè)置樓板角部附加鋼筋，加強(qiáng)樓層外圍及開洞處結(jié)構(gòu)的剛度并增強(qiáng)配筋等方法。

（2）在普通區(qū)域，溫度應(yīng)力問(wèn)題主要通過(guò)采取恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施予以解決。超長(zhǎng)方向梁設(shè)計(jì)時(shí)梁頂應(yīng)設(shè)置不少于兩根的通長(zhǎng)鋼筋，梁兩側(cè)應(yīng)設(shè)置腰筋，腰筋在框架梁兩端支座應(yīng)按受拉錨固設(shè)計(jì)，超長(zhǎng)方向樓板設(shè)計(jì)時(shí)樓板宜按雙層雙向拉通設(shè)計(jì)。

（3）長(zhǎng)方向樓板變形對(duì)豎向結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加影響，對(duì)于結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)方向兩側(cè)的豎向構(gòu)件，適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)軸壓比與剪壓比限值。

（4）為考慮維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫作用產(chǎn)生的溫差效應(yīng)，在建筑物長(zhǎng)邊方向的兩端及屋面設(shè)置間距不大于100mm的雙層雙向鋼筋[3]。

4 施工質(zhì)量控制

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因主要有：水泥的水化熱、混凝土內(nèi)外表面溫差、混凝土的收縮變形。本工程重點(diǎn)針對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因?qū)κ┕ぬ岢隽艘韵乱蟆?/p>

4.1 控制澆筑時(shí)混凝土溫度

炎熱季節(jié)施工時(shí)，混凝土施工中應(yīng)預(yù)冷骨料和加冰或埋入冷卻管用以降低混凝土澆筑時(shí)內(nèi)部的溫度，保證混凝土的入模溫度不應(yīng)大于25℃?；炷梁鬂矌Х忾]溫度不應(yīng)大于25℃，后澆帶封閉時(shí)間在混凝土澆筑完成后90d。寒冷季節(jié)施工時(shí)，混凝土表面應(yīng)做好保溫養(yǎng)護(hù)，減少混凝土內(nèi)外表溫差。

4.2 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

為保證新澆筑混凝土有適宜的水化硬化條件，并防止在早期混凝土因干縮等原因產(chǎn)生開裂，在已澆筑混凝土終凝后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人負(fù)責(zé)混凝土養(yǎng)護(hù)，濕養(yǎng)時(shí)間不應(yīng)少于14d。冬季施工不能澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)采取比其他季節(jié)更嚴(yán)格的保溫措施。出入口和通風(fēng)廊道在臺(tái)風(fēng)或氣溫驟降之前要臨時(shí)關(guān)閉或掛簾，防止環(huán)境溫度和風(fēng)速對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形裂縫。

4.3 控制混凝土干縮裂縫

混凝土應(yīng)采用高頻機(jī)械振搗密實(shí)，最大限度提高混凝土密實(shí)度，降低混凝土孔隙率，從而減少混凝土的干縮值。

5 結(jié)束語(yǔ)

混凝土裂縫控制是一個(gè)綜合性問(wèn)題，為防止裂縫的產(chǎn)生，必須在原材料的選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度控制、施工方法、養(yǎng)護(hù)技術(shù)等方面采取綜合措施。