超长超宽混凝土结构抗裂措施

超长超宽混凝土结构的抗裂措施

摘要：在不设缝的超长超宽混凝土结构中，必须考虑混凝土收缩和温度变化产生变形对结构的影响，在设计和施工中采取有效的措施，控制裂缝在无害的范围内。

关键词：超长超宽混凝土结构抗裂措施

1、概述

近年来，随着我国综合国力的增强及经济建设的蓬勃发展，超大面积混凝土结构需求日益增长，平面尺寸超长、超宽的大型公共建筑、厂房结构、商业中心等迅速涌现，超长混凝土结构的数量越来越多。由于现浇混凝土结构整体性好，且我国商品混凝土泵送技术已较成熟，劳动力价格低廉，现阶段这些混凝土结构主要采用现浇形式。这些结构连续长度远远超过了《混凝土结构设计规范》(gb50010-2002)规定的钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距。

新版《混凝土结构设计规范》报批稿(gb50010-2010)增加了结构方案设计内容，对结构缝设置明确了设计原則。明确指出：结构设计时通过设置结构缝将结构分割为若干相对独立的单元，结构缝包括伸缩缝、沉降缝、防震缝、构造缝、连续倒塌的分割缝等。不同类型的结构缝是为消除下列不利因素的影响：混凝土温度变化引起的收缩变形；基础不均匀沉降；刚度及质量突变；局部应力集中；结构防震；防止连续倒塌等。除永久性的结构缝以外，还应考虑设置施工搓、后浇带、控制缝等临时性缝以消除某些暂时性的不利影响。结构缝的设置应考虑对建筑功能(如装修观感、止水防渗、保

温隔声等)、结构传力(如结构布置、构件传力)、构造做法和施工可行性等造成的影响。应遵循“一缝多能”的设计原則，采取有效的构造措施。

一般来说，若结构设置伸缩缝，会给结构的防水、防风和保温等建筑构造带来诸多困难，同时地震引起结构在伸缩缝外的碰撞破坏现象较多，伸缩缝的设置削弱了结构的整体性。因此，业主及建筑师对于超长结构倾向于不设置伸缩缝，要求采取合理的设计及施工措施达到裂缝控制的目的。

混凝土结构长度越长，由于混凝土收缩和温度变化引起的结构约束应力越大，混凝土结构就越容易出现裂缝。因此，在不设缝的超长混凝土结构中，必须考虑混凝土收缩和温度变化产生的变形受到约束对结构的影响，在设计和施工中采取有效的措施控制裂缝在无害的范围内。

我国在超长混凝土结构方面在已有大量的工程实践，并从已建工程中取得了许多宝贵的经验。总的说来，工程实践领先于设计理论的研究。在设计中设计人员多参照已建工程得到的经验，有时甚至照搬别的工程作法，设计缺乏相应的理论依据，对各种裂缝控制措施不能准确把握，常常在工程中将几种裂缝控制措施一同使用，使业主为超长混凝土结构的裂缝控制付出了较大的代价。有时设计者采用的裂缝控制措施不合理，结构不但不能达到裂缝控制的要求，反而会出现较严重的开裂现象。

2、裂缝产生的原因

许多混凝土结构，在施工和使用过程中出现不同程度和形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。近代科学关于混凝土强度的研究以及大量工程实践所提供的经验都表明，结构物的裂缝是难以避免的。结构裂缝分为两大类：荷载引起的裂缝及变形引起的裂缝。工程实践中的许多裂缝现象往往无法用荷载原因解释，而是变形作用引起的裂缝，这种变形作用包括温度(水化热、气温、生产热、太阳辐射等)、湿度(自生收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等)、地基变形(膨胀地基、湿陷地基、地基差异沉降等)。

大量工程实践证明，结构留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的惟一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，是否开裂与许多因素有关。混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。有关混凝土试验研究证实了在尚未受荷载的混凝土和钢筋混凝土结构中存

在肉眼看不见的微观裂缝(主要是混凝土骨料与水泥的粘接面上裂缝和水泥浆中的裂缝)。混凝土中微裂缝的存在，对混凝土的弹塑性、徐变、强度、变形、泊松比、结构刚度、化学反应等性能有重要影响。

混凝土开裂(裂缝)主要原因是变形作用引起的，变形作用包括温度、湿度及不均匀沉降等，其中温度变化引起裂缝又占主要部分。热胀冷缩是物体受温度作用的一种自然现象。温度作用对建筑结构使用带来的影响已被人们所重视，并为此采取保温隔热等措施尽量减小环境温度的影响。

结构混凝土开裂不仅因为混凝土抗拉强度不足，更重要的是变形

超过了极限应变，钢筋混凝土构件在一般配筋率情况下能够提高混凝土的极限拉伸，当配筋率过大(5％以上)时，由于引起过大自约束应力而导致开裂。

超长结构设计，要考虑的主要问题是由变形作用可能引起的裂缝，应采取有效措施控制裂缝。结构长度是影响温度应力的因素，为了消减温度应力，取消伸缩缝，在施工中采用施工后浇带可有效地减少温度收缩应力，然后再浇灌施工后浇带使结构成整体。只要使浇灌后浇带前后，结构混凝土因温差和收缩应力叠加值小于混凝土抗拉强度，这就是利用“施工后浇带”办法控制裂缝，达到不设置永久伸缩缝的目的。

3、超长超宽混凝土结构抗裂措施

所谓超长混凝土结构系指结构单元长度超过《混凝土结构设计规范》所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距的结构。结构设置伸缩缝是基于混凝土干燥收缩和热胀冷缩，而主要是考虑长期热胀冷缩的影响，考虑混凝土干缩和施工期间水泥水化热影响，常采用施工后浇带(也称后浇缝)等措施。超长结构必须考虑在施工期间及投入使用后如何减少或控制裂缝。

我国在超长混凝土结构方面已经有了比较丰富的工程实践，探索出了许多有效抗裂措施。主要有以下几点：

(1)在材料方面：减少混凝土收缩值、提高混凝土材料本身的抗裂能力有助于解决超长混凝土结构的裂缝控制问题。优化混凝土的配合比，配置低收缩混凝土或采用补偿收缩混凝土，减少混凝土收

缩，采用掺加各种纤维的纤维混凝土，提高混凝土的抗裂能力；对水平构件梁板等采用低中强度等级混凝土，减少混凝土的开裂可能性。

(2)上世纪90年代后，国内超长混凝土结构都将施加预应力作为抵抗温度变形和混凝土收缩徐变的主要措施。利用预应力筋在混凝土中产生的预压应力来抵消混凝土温变和收缩产生的拉应力，减少或消除混凝土开裂的可能性。施加预应力是解决超长混凝土结构裂缝控制问题的有效手段之一。

(3)对于允许出现裂缝的混凝土结构，增加非预应力筋的数量，并在全长范围内或部分长度范围内拉通全部和部分支座负弯矩处钢筋，起到控制裂缝扩展和减少裂缝宽度的作用，达到裂缝控制的要求。

(4)采取“放”的措施，对于框架结构，在柱顶设置滑动支座，或降低竖向构件侧向刚度，减少约束从而降低温度收缩应力。(5)在施工中设置后浇带是裂缝控制中较常用、较经济的措施。通过后浇带，将结构分成几个小的部分，使结构在后浇带封闭前可以较自由地完成一部分收缩变形，减少混凝土收缩变形对结构的影响。

4、关于后浇带设置问题的探讨

在超长混凝土结构施工过程中设置后浇带是一种经济有效的裂缝控制措施。后浇带是在结构施工期间保留的临时性变形缝，

该缝根据具体要求保留一定时间，再进行填充封闭，将结构连成