淺談混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的設(shè)計要點

呂亞鵬

河南龍成工程技術(shù)有限公司（450000）

0 前言

裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)的較為普遍,類型也很多，但按成因基本可歸結(jié)為兩大類裂縫:荷載裂縫和變形裂縫。在工程實際中最常見的是變形裂縫，主要由由混凝土收縮和溫度變形引起。隨著建筑向大型化和多功能發(fā)展,超長高層或大柱網(wǎng)建筑不斷出現(xiàn)，混凝土強度等級的提高，施工中泵送混凝土工藝的應(yīng)用，使混凝土結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。

針對這一情況，根據(jù)多年的工程設(shè)計實踐和體會，對防止和減輕混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的設(shè)計措施提出一些建議,供設(shè)計人員參考并能有所啟發(fā)。

1 溫度收縮裂縫的基本特點

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。

1.1 收縮變形的特性及影響因素

一般混凝土最終收縮應(yīng)變約 3×10-4～5×10-4，其特點是早期收縮快，半年可完成第一年收縮量的80%～90%，一年后仍發(fā)展但已不明顯。其影響因素主要有混凝土強度等級，水泥品種，水灰比，坍落度，養(yǎng)護（保溫，保濕）和體表比。

1.2 溫度變形的特性及影響因素

混凝土溫度線脹系數(shù)一般為1.0×10-5/C°，其變形隨溫差而變化，一般發(fā)生在混凝土結(jié)硬一直到房屋使用期間。其影響因素有季節(jié)溫差，內(nèi)外溫差和日照溫差。

1.3 溫度收縮裂縫的基本特點

1）該裂縫由收縮和溫度變形共同產(chǎn)生，其分布一般為收縮和溫度兩種裂縫的組合，隨環(huán)境濕度和溫度而變化，隨時間而發(fā)展，裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴(yán)重。

2）根據(jù)具體工程裂縫出現(xiàn)的時間、發(fā)展與變化、以及分布、形狀、尺寸等特征。一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主，實際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫，一般發(fā)生在混凝土澆筑后一年內(nèi)，但多見半月至數(shù)月之內(nèi)。

3）主要影響的部位及構(gòu)件是底層和頂部數(shù)層梁板構(gòu)件以及基礎(chǔ)梁、挑檐、欄板等外露構(gòu)件。

4）梁板裂縫呈現(xiàn)不同分布和特征，梁縫一般垂直于縱向，分布在兩側(cè)面，兩頭細、中間寬、棗核形。裂縫為表面，深進或貫通。單向板縫等間距平行于短邊。雙向板縫較重于單向板縫，兩個方向板縫縱橫交錯，不規(guī)則，縫多為貫通，板面縫一般寬于板底縫。

2 防止和減輕混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的設(shè)計建議

2.1 設(shè)置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的措施

1）有效設(shè)置后澆帶。后澆帶是列入高規(guī)中的一種目前設(shè)計人員常采用的方法，它利用了混凝土早期收縮量大的特性，其設(shè)計思路是“以放為主”。主要作用是釋放早期混凝土收縮應(yīng)力，減小以收縮為主的變形。

2）針對性地采取控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的措施:①加強屋面保溫隔熱措施，采用高效保溫材料，嚴(yán)格滿足建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；②屋面板、外廊板，陽臺板等外露室外現(xiàn)澆板（含施工期間主體暴露時間較長的室內(nèi)現(xiàn)澆板）以及板跨大于4 m且采用泵送混凝土的雙向連續(xù)板等溫度收縮應(yīng)力較大的板,均應(yīng)在板面（即板的受壓區(qū)）配置不小于φ6@200雙向鋼筋網(wǎng)片，或支座鋼筋隔一全跨貫通，但間距不宜大于200 mm，每一方向配筋率不宜小于0.1%.以上板在有受力鋼筋處，實配鋼筋尚應(yīng)考慮溫度收縮應(yīng)力影響予以適當(dāng)增大；③框架梁及所有現(xiàn)澆梁凡高度≥600者（外露梁高度≥500）均設(shè)置不小于2φ12腰筋。腰筋宜細而密，間距不應(yīng)大于200 mm，每側(cè)腰筋配筋率不宜小于0.1%；④檐口板，外露欄板應(yīng)雙面雙向配筋，上下端頭各配≥2φ10溫度抵抗筋,并每隔15～20 m設(shè)置一道20 mm溫度伸縮縫;⑤控制現(xiàn)澆板混凝土強度等級不宜大于C35。后澆帶列入高層規(guī)程后已在大量工程中廣泛使用。前已述及，其主要作用是減小混凝土早期以收縮為主的變形。因此，超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的預(yù)防不能僅靠設(shè)置后澆帶來解決,必須采取上述“放”“防”“抗”相結(jié)合的綜合措施。防止和減輕混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫目前仍然應(yīng)首先或主要采用設(shè)置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的綜合措施?？紤]目前混凝土溫度收縮裂縫的趨于增多以及超長混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。建議采用上述綜合措施，房屋總長宜控制在120 m內(nèi)。

2.2 采用UEA補償收縮混凝土

由于后澆帶延長工期，鋼筋斷后的搭、焊接和清理鑿毛均給填縫施工帶來一定麻煩，處理不好將留下隱患，因此中國建筑材料科學(xué)研究院游寶坤等人提出了采用UEA加強帶取代后澆帶連續(xù)澆筑超長建筑的無縫設(shè)計施工方法。

由于這種方法，規(guī)范未列入，施工要求嚴(yán)，氣候環(huán)境影響大，潮濕地區(qū)膨脹可保持，干躁地區(qū)會存在問題。最好在有條件保濕養(yǎng)護的地下結(jié)構(gòu)中采用。也可考慮在建筑長度70m以下，設(shè)置后澆帶后影響工期的工程上試用，另外特別提請施工時要嚴(yán)格保濕養(yǎng)護。

2.3 采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土可增強梁板剛度，梁板中所產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力，從而達到擴大溫度伸縮縫間距不設(shè)后澆帶的目的。當(dāng)為滿足建筑層高要求而采用該技術(shù)時，可考慮在采用必要的控制和抵抗溫度應(yīng)力的具體措施后增大溫度伸縮縫的間距，但應(yīng)結(jié)合工程收集資料具體分析。

3 結(jié)語

1）溫度收縮裂縫混凝土結(jié)構(gòu)中較常見且日趨增多的裂縫，由于該裂縫的危害性及規(guī)范的局限性，設(shè)計人員應(yīng)予以足夠重視。

2）“設(shè)置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的綜合措施”注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，對裂縫采取“放”“防”“抗”相結(jié)合的構(gòu)想。

[1]JGJ3-91,鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程[S].

[2]王赫主編.建筑工程事故處理手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社,1998,8.

[3]游寶坤,等.超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)UEA無縫設(shè)計施工[J].建筑結(jié)構(gòu),1998.