大型建筑超长无缝设计的结构裂缝控制技术

大型建筑超长无缝设计的结构裂缝控制技术

陈艳宁

（西安有色冶金设计研究院，陕西，西安，710001）

【摘要】通过对钢筋混凝上高层建筑超长结构裂缝控制的意义和裂缝控制的综合集成技术的系统研究，提出了裂缝控制的各项设计与施工的技术措施，并在实际工程中得到了应用。实践证明，提出的综合集成技术对裂缝控制是行之有效的、具有普遍意义，可适用于各种类型的超长结构无缝设计与施工的全过程裂缝控制。

【关键词】钢筋混凝上；高层建筑；超长结构；裂缝控制

1混凝土结构裂缝成因

混凝土结构裂缝成因比较复杂，而主要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无法用荷载原因进行解释，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)，而且这种因素是混凝土开裂的主导原因。

1.1混凝土温度应力导致的裂缝

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，并为此采取保湿隔热等措施尽量减小环境温度的影响。

建筑物的环境温度由空气温度和太阳热辐射在建筑物表面产生的日照温度组成，当结构或构件变形受约束时将引起应力。在研究温度对结构变形影响时，约束的概念是一个很重要的基本概念。框架变形受到地基基础的约束，框架梁的变形受到立柱的约束，楼板的变形受到墙、梁的约束等，这类约束属外约束，由于外约束而引起外约束应力。结构构件承受非均匀受热或非均匀收缩，因构件本身各质点之间的相互约束作用，称为内约束或自约束，由于构件截面各点可能有不同温度和收缩变形，引起连续介质各点间的内约束应力。当温度发生变化时，对于超静定结构无论外约束还是内约束均会使温差产生的温度变形无法自由释放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。

1.2混凝土收缩应力导致的裂缝

混凝土在整个硬化过程中存在不同程度的体积收缩过程，是一个物理——化学过程。水泥浆的化学结合水与水泥一起在早期硬化过程中产生少量的收缩，叫做“硬化收缩”，亦称自生收缩，这种收缩与外界湿度变化无关。环境的干燥作用使得混凝土中细孔及微毛细孔中的水产生毛细压力，水泥石承受这种压力后产生压缩变形而收缩，这种收缩称“毛细收缩”，是混凝土收缩变形的一部分。待毛细水蒸发以后，开始进一步蒸发物理——化学结合的吸附水，首先蒸发晶格间水分，其次蒸发分子层中的吸附水，这些水分的蒸发引起显著的水泥石压缩，产生“吸附收缩”，这是收缩变形的主要部分。

1.3地基变形导致的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂产生裂缝。然而，关于地基变形导致的结构裂缝可以通过增加下部结构刚度以及协调上部结构和下部结构的变形情况，能够较好的控制这部分裂缝的出现。

2超长混凝土结构裂缝控制的方法

超长混凝土结构由于楼面的平面尺寸大，楼板相对较薄，混凝土浇筑后，由于混凝土自身的收缩和外界环境温度变化的作用，楼面会发生较大的变形。当楼板受到柱、墙等抗侧力构件的约束而不能自由伸缩时，结构将会产生应力，甚至引起混凝土构件的开裂。在超长结构中温度及收缩应力是裂缝产生的主要原因。以下将从“放”、“防”、“抗”，三方面研究超长混凝土结构裂缝控制的方法及应用范围。

2.1以“放”的理念控制混凝土裂缝

2.1.1设置伸缩缝

对于超长结构可以通过设置伸缩缝使超长结构分为几个结构单体，每个单体可以自由独立变形，从根本上解决由于结构较长产生过大的温度应力和收缩应力。但是设置伸缩缝的应用受到建筑使用功能和建筑立面效果的限制，在很多情况下，由于建筑本身的使用功能的不可分割性和建筑艺术的要求而不能设置伸缩缝。

2.1.2设置后浇带

后浇带的设置按其作用功能可分为3种类型:①为解决高层建筑主楼与裙房的沉降差而设置的后浇施工带称为沉降后浇带。②为防止混凝土凝结收缩开裂而设置的后浇施工带称为收缩后浇带。③为防止混凝土因温度变化拉裂而设置的后浇施工带称为温度后浇带。沉降后浇带很好的解决了高层建筑主楼与裙房的沉降差问题，特别对前期固结敏感土质上的高层建筑。但是对于土质固结周期较长，前期固结程度低的地质有其应用局限性。收缩后浇带的设置能够使混凝土凝结时产生的收缩应力不至于集结而超过混凝土抗拉强度，从而很好的解决了混凝土收缩产生的裂缝。温度后浇带的设置能够解决混凝土浇注时的温差应力问题，对于超长地下室结构设置温度后浇带作用效果较明显。但其不能解决结构使用阶段温差效应问题，使其受到很大程度的限制。

2.2以“防”的理念控制混凝土裂缝

2.2.1采取保温措施

为防止超长混凝土结构在使用阶段由于温度变化引起的温度应力大于混凝土抗拉强度而产生裂缝，尽量保证混凝土构件使用时与浇注时的温度相等是十分重要的。为此，通常对整个结构的外露主要受力构件采用保温措施，例如对屋面混凝土板上增加保温隔热层、对外露混凝土墙柱梁外侧全高砌筑填充墙体和增加墙体外保温隔热层。这样在一定程度上降低了在使用阶段温度应力对混凝土结构的影响。

2.2.2减少混凝土收缩应力

为防止超长混凝土结构在浇筑阶段由于混凝土收缩应力过大而产生裂缝，尽量保证混凝土浇筑时减少混凝土的“毛细收缩”和“吸附收缩”。为此，通常是通过控制混凝土中水灰比及混凝土凝固性能减少收缩应力或在混凝土中添加CEA微膨胀剂来降低混凝土的收缩应力，从而降低混凝土的收缩应力。

2.3以“抗”的理念控制混凝土裂缝

2.3.1增加结构配筋

为了控制超长混凝土结构裂缝的出现，设计时常在屋面板增加温度钢筋、在墙及梁内增加配筋率以抵抗温度应力，而在一定程度上控制结构裂缝出现。

2.3.2设置混凝土加强带

很多情况下，为了减少结构整体的施工工期及调整施工工艺，常利用混凝土加强带代替混凝土后浇带来抵抗混凝土的温度应力和收缩应力。在混凝土中添加适量膨胀剂，通过水泥的化学反应，可使混凝土产生适量膨胀在钢筋和邻位限制下，在钢筋混凝土中产生一定的预压力，可大致抵消混凝土的温度应力和混凝土收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。但由于其产生的预压力比较小，所以其应用范围也受到一定的限制。

2.3.3采用后张拉预应力技术

无粘结预应力技术作为一种主动抗裂措施，运用在超长结构中可以起到较好的效果。通过张拉预应力钢筋在钢筋混凝土中产生较大的预压力，可基本抵消混凝土的温度应力和混凝土收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。

以上是常用的控制混凝土裂缝的方法。对于超长混凝土结构，通常不是仅采用一种方式进行裂缝控制，而是“以抵抗温度应力、收缩应力为主，防止和释放减少温度应力、收缩应力为辅”的设计施工措施，控制超长混凝土结构的裂缝。

3结束语

本文论述了混凝土结构裂缝生成的原因，并进而从“放”、“防”、“抗”三方面研究了超长混凝土结构裂缝控制的方法及应用范围。总结工程运用结构措施与建筑功能和施工工艺协调统一的方法，解决此超长超宽混凝土高层结构的裂缝控制措施，为以后类似工程设计施工提供很好的理论基础和实践依据。

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