超长结构设计

超长结构设计

摘要：介绍我国现行设计规范对超长结构的限定，分析了超长结构在工程上存在的问题，总结出设计和施工中对超长结构可采取的一些措施。

一、概述

在一些大型地下工程、公共建筑、单元式住宅楼等工程设计中常常因为建筑立面、工程防水、自身平面结构单元限制等原因而不能设置变形缝，其长度或宽度尺寸超出了国家设计规范规定的限值，便成为超长结构。超长结构的无缝设计对设计和施工都会带来一些困难，如果处理不当就会影响工程建成后的正常使用功能，甚至会出现结构安全事故。

二、超长结构的限定及超长结构存在的问题

国家设计规范对房屋建筑工程结构伸缩缝的最大间距做如下规定：对于现浇式结构，普通砖混结构50m，框架结构55m，剪力墙结构45m，框架-剪力墙结构根据框架和剪力墙的具体布置情况取45~55m之间，通常可取50m。以上数值是在正常情况下的规定，在一些特殊环境条件下如屋面无保温或隔热措施、恶劣气候环境条件地区、建筑材料收缩较大以及采用特殊施工工艺时，结构伸缩缝的间距应适当减小。超长结构在实际工程中主要存在三个方面问题：一是在混凝土浇筑过程中水泥水化热使混凝土内外温差在结构内部产生压应力，表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土表面产生裂缝。另外在混凝土降温阶段混凝土逐渐散热冷却产生冷缩，加上混凝土硬化过程中本身的收缩，就会产生较大的收缩应力，当超过混凝土的极限抗拉强度时也会产生裂缝，有时会贯穿整个截面。二是环境温度变化引起的结构材料自身热胀冷缩而产生的温度应力，这种应力存在于工程施工阶段和使用期间。混凝土收缩和温度变化这种间接作用引起的变形和位移对于超静定混凝土结构可能引起很大的约束应力，导致结构构件开裂，甚至使结构的受力形态发生改变。超长结构的另一个问题就是

因为结构太长，当建筑场地地质情况复杂时，结构两端的基础持力层可能不同或基础持力层相同而基础埋置深度相差较大时，结构两端的沉降差会很大，如果不设置沉降缝又未采取相应构造措施时，结构就会倾斜或产生裂缝。

三、超长结构设计的构造措施

超长结构设计中很重要的一项工作就是如何控制结构裂缝，而裂缝控制是一项综合性很强的系统工程，涉及到设计方法、建筑造型、结构形式与构造、施工工艺、建筑材料、气候环境、工程地质等各种因素。在设计中应综合考虑各方面因素，采取合理的构造措施。

1、砖混超长结构设计的构造措施

1）、屋面设置保温、隔热层，建筑外墙外贴苯板保温层。

2）、屋面保温层或屋面刚性面层及砂浆找平层设置分隔缝，分隔缝间距4~6m，并与女儿墙隔开，缝宽不小于30mm。

3）、顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁并沿外墙拉通，两端圈梁下墙体沿竖向设置2Ф6@00水平钢筋，顶层端部纵横墙交接处均设置构造柱，且间距不大于3.0m。房屋顶层四角构造柱的水平拉接筋加密至2Ф6@250mm。

4）、基础地圈梁的截面和配筋。地圈梁宽带可同墙宽且不小于300mm，高度不小于400mm，纵向钢筋上下各不小于3Ф14，箍筋不小于Ф6@200mm。

5）、楼板及圈梁设置0.8m后浇带，间距30m左右，混凝土浇灌的间隔时间在两个月以上。

6）、屋面板厚度不小于120mm，且双层双向配筋。

2、钢筋混凝土超长结构设计的构造措施

1）、后浇带的设置

当平面尺寸较大时用后浇带将整体平面分成数段，后浇带宽带0.8~1.0m，间距30~40m。后浇带待各层分块浇筑完成两个月以后补浇，以释放混凝土施工时产生的温度和收缩应力。当后浇带又为调整结构不均匀沉降作用时，后浇带中的混凝土应在两侧结构单元沉降基本稳定后再进行浇筑。后浇带的具体设计应考虑施工时的接缝处的处理，采用梁的受力钢筋不断开的构造加强措施，并适当附加纵向受力钢筋，箍筋间距在该跨应全长加密；墙和板的钢筋应断开搭接，以便两部分的混凝土各自自由收缩。对后浇带的混凝土强度应提高一个等级予以加强。后浇带设置的位置应从受力影响较小的部位通过，如梁板的三分之一跨度处，连梁跨中处。并宜曲折通过，以免全部钢筋在同一部位内搭接。另外后浇带在其龄期内以产生拉应力为主易造成接缝处开裂，因而可采用添加微膨胀混凝土浇灌补齐的措施予以收缩补偿。

2）、补偿收缩混凝土的应用

超长结构设计采用补偿收缩混凝土，以提高结构自身抗裂性能，控制裂缝开展。在一些超长工程中因地下水位较高，无法设置后浇带或设置后浇带比较困难时，采用补偿收缩混凝土便成为一项很重要的裂缝控制措施。为达到较好的实际效果，设计应要求施工单位与添加剂生产厂家共同做好有针对性的施工方案，采取行之有效的施工措施。严格控制混凝土原料质量和技术标准，选择适当的混凝土原料及配合比。如选择收缩小的水泥、尽量减少水泥用量、尽量连续浇灌不留施工缝等。另外还要采取切实有效的表面温度保持养护措施，减缓水化热温度变化速率，有利于混凝土发挥松弛效应，减少拉应力。

3）、温度变化影响较大的部位如房屋的顶层、底层、山墙和纵墙端开间等部位提高构造配筋率。采用相对较小钢筋直径密间距且双向贯通配筋。如屋面板厚度不小于120mm，且双层双向配筋，各层各向配筋率不小于0.25%。对由于结构刚度突变或平面不规则而可能产生应力集中的部位，尽量

使截面形成逐渐变化的过渡形式，注意保持配筋的连通性，并加强构件布置不规则部位的规则配筋。

4）、采用专门的预加应力措施。在主体结构顶部和首层楼板中布置双向无粘结预应力钢筋，按照裂缝控制的技术要求施加预应力，以起到约束楼板和水平构件的温度变形的作用。

5）、屋面设置保温、隔热层，建筑物外墙及所有外露构件均外包60~100mm苯板或20~50mm厚挤塑板。

四、工程实例

2007年初设计的东特新居二期37#楼，剪力墙结构。地下2层，地上24层。地下为车库或库房，地上一层为公建，二层以上为住宅，三个单元，长度68.90m，宽度14.85m。因建筑立面效果限制不能设缝，再加上本工程为三个单元的住宅，若分缝势必分为一部分两个单元，另一部分一个单元，对于一个单元的高层结构计算会很困难，故本工程采用无缝设计。设计中采用以下几个措施：1）在结构中间适当部位设置一道后浇带，800mm宽，待后浇带两侧混凝土浇完两个月后用比相应处混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土填灌密实，并保湿养护（湿度为95%）14天。2）结构整体外包80厚挤塑板。3）增大外圈梁纵向配筋并设置间距150~200mm的腰筋。4）屋面板均为120mm厚，双层双向配筋，并适当增大配筋率。工程于2007年底主体结构封顶，2008年通过竣工验收，现已交付使用。工程质量良好，无不良裂缝情况反映。

五、结语

超长结构设计应通过有效的分析或计算，综合考虑各种不利因素对结构内力和裂缝的影响，做出有科学依据的分析和判断，尽可能调整建筑平面尺寸和结构布置，采取可行有效的