超长结构裂缝成因及抗裂技术应用

超长结构裂缝成因及抗裂技术应用

发表时间：2016-11-09T16:54:54.373Z 来源：《低碳地产》2016年9月第17期作者：周永刚

[导读] 【摘要】近年来，随着社会经济的不断发展，我国大中城市出现了许多大型建筑，这些建筑物平面尺寸超大，多采用超长混凝土结构。由于超长混凝土结构中未设置伸缩缝，温度变形及混凝土收缩等因素将引起结构大面积的开裂，必须通过采取合理的设计及施工措施以达到裂缝控制的目的。文章介绍了超长结构裂缝成因，探讨了超长混凝土结构裂缝的控制措施。

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【摘要】近年来，随着社会经济的不断发展，我国大中城市出现了许多大型建筑，这些建筑物平面尺寸超大，多采用超长混凝土结构。由于超长混凝土结构中未设置伸缩缝，温度变形及混凝土收缩等因素将引起结构大面积的开裂，必须通过采取合理的设计及施工措施以达到裂缝控制的目的。文章介绍了超长结构裂缝成因，探讨了超长混凝土结构裂缝的控制措施。

【关键词】超长结构；混凝土裂缝；控制措施

引言

超长混凝土结构的裂缝，按成因基本可归结为由外荷和变形引起的两大类裂缝。其中由混凝土收缩和温度变形引起的收缩裂缝和温度裂缝以及由这两种变形共同引起的温度收缩裂缝是实际工程中最常见的裂缝。但是通过大量的调查和实测研究发现，工程实践中的许多裂缝现象并非与荷载作用有直接关系，而是由变形作用引起的。这种变形作用包括温度变形(水化热、气温变化、太阳辐射等)，收缩变形(干燥收缩、碳化收缩、塑性收缩等)，地基不均匀沉降(膨胀)变形。因此，对于超长结构，要考虑的主要问题是由变形作用可能引起的裂缝，这其中又以温度变形和收缩变形为主。因此，针对性的采取裂缝控制措施具有十分重要的意义。

一、超长混泥土结构出现裂缝的原因分析

引起混泥土结构出现裂缝的原因归纳起来无非两种：一是荷载，二是变形。在具体的工程建筑实践中，由变形引起的裂缝现象更为普遍，这种变形的诱因又包含有三种不同的情况，即温度和湿度以及地基沉降。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝，统称“变形作用引起的裂缝”。

1、温度应力导致开裂

热胀冷缩现象对于建筑结构的影响很早就受到了人们的重视，对此采取了保湿隔热的措施来最大限度地减少由环境温度产生的影响。建筑物的环境温度主要由太阳辐射在建筑物表面产生的日照温度和空气温度构成，在结构或构件变形受约束的时候，应力也随之产生。对于超静定结构，在建筑物的环境温度改变的情况下，无论内外约束，都会使温差产生的温度变形无法自由释放，从而导致结构产生温度应力，当此应力大于混凝土抗拉强度时，即产生裂缝。

2、收缩应力导致开裂

混凝土的硬化过程是一个湿度发生显著变化的物理-化学过程，这一过程会产生不同程度的体积收缩。首先是水泥浆化学结合过程中产生的“硬化收缩”或者叫“自生收缩”，它与环境湿度变化无关；当环境湿度降低之后，则会产生“毛细收缩”，它是由混凝土中细孔及微毛细孔中水产生的毛细压力使水泥石压缩变形，导致混泥土收缩变形的。外界环境更趋干燥之后，物理-化学结合的吸附水也随之进一步蒸发，从而引起显著的水泥石压缩，产生“吸附收缩”。

3、地基沉降导致开裂

建筑物基础出现竖向不均匀沉降，就会引起基础结构产生附加应力，当这些附加应力大于混泥土结构的抗拉能力时，裂缝就不可避免了。

二、超长结构裂缝控制的措施

对于混凝土结构裂缝的控制措施，总结处理裂缝的经验，王铁梦教授提出了“抗”与“放”的设计原则。所谓“放”就是采取措施减少温度及混凝土收缩应变的措施，比如设置后浇带减少混凝土早期收缩和温度应变；而所谓“抗”就是通过采取各种措施抵抗温度应力，使混凝土内部的应力小于开裂应力，以达到控制裂缝的目的。

1、施加预应力

《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中指出，为了控制超长结构因为温度影响及混凝土收缩而产生的裂缝，可通过施加预应力减少其在混凝土内部产生的拉应力，这里提到的预应力措施，是指专门用来抵消温度及混凝土收缩应力的预应力措施。吕志涛院士指出：“预应力技术在解决大、高、重、新建筑工程的设计和建造难题中将继续发挥其独特的优势，并且它也是调整结构内力，减少甚至取消大面积工程伸缩缝，防止开裂的重要手段。”施加预应力是超长混凝土结构裂缝控制的有效方法，其施加的预应力与温度及混凝土收缩产生的拉应力相互抵消，减小混凝土开裂的可能。在设计计算时，可根据规范中裂缝控制等级的要求，采用相应的设计公式并同时解决由于预应力的增加而产生的不利影响。

2、设置后浇带

设置后浇带是当前广泛应用的一种预防和减少超长混泥土结构因温度应力产生裂缝的主要措施。这一措施的原理是利用了混泥土早期收缩量大的特点，通过对早期的收缩应力充分释放，来降低混泥土由于温度变化和收缩导致的开裂。尽管其施工工艺要求不高，但也不可掉以轻心，否则，会因为某一个环节的施工错误而无法达到预期效果，为整个工程留下安全隐患。为了确保后浇带达到预期的理想效果，本工程设计与施工单位共同讨论，加强了如下几个方面的工作。

（1）设计好后浇带的设置间距和留设位置

《高层建筑混凝土结构技术规程》对于后浇带的设置作出了明确的规范：“现行框架结构室内或埋入土中的钢筋混泥土结构伸缩缝最大间距为55米，露天为35米”，一般情况下，“应在30-40米的间隔设置后浇带，带宽为1000毫米。”本工程在东西方向大约50米间距各设置了一个后浇带，带宽为800毫米，这样就确保了后浇带两侧的混泥土可以相对自由地收缩。通常情况下，后浇带的留设位置应在小跨梁开间或受剪力较小的部位，本工程的两处后浇带都设置在梁跨中的三分之一处，并且将其设计为与梁平行，这样既减少了后浇带部位的受力，又减少了梁的折断，确保了顶板结构的牢固性。

（2）控制好后浇带的施工时间

有文献指出，相对于一年的收缩量，第一个月占整个收缩量的50%左右，第二个月则会占到65%至80%。因为混泥土的早期收缩最为