浅谈超长混凝土结构在温度应力作用下的裂缝控制

2021-04-08李智明

建筑与装饰 2021年6期

李智明

中信建筑设计研究总院有限公司湖北武汉 430000

随着社会经济发展的需要，建筑功能的不断升级更新，建筑中被要求不设或少设伸缩缝的项目日益增多，致使结构的伸缩缝距离远远超过混凝土结构设计规范的限值。本工程是某综合体项目中一个单体，共9层，总高36.1米，长140米，最宽楼板36米，底层层高6米，其余层高均为4.2米，因建筑功能的需要，不能设置伸缩缝。本文结合该工程，从设计、施工方面对控制超长钢筋混凝土结构的收缩裂缝进行了探讨。

1 计算温差的确定

1.1 环境温差的确定

通过气象局网站得到项目所在市最不利月平均气温范围为5～32℃。夏天最高温度32℃，冬天最低温度5℃，设计中要求后浇带封闭时环境温度小于25℃，故最大温差（施工阶段考虑室内外温差为0）：T降=5-25=-20℃；T升=32-0=32℃。

1.2 收缩当量温差

混凝土收缩应变的形成和发展与混凝土龄期密切相关，根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2018），混凝土收缩应变可由下式计算：

考虑施工条件正常取M1=1.1，M2=1.0，M3=1.21，M4=1.2，M5=1.0，M6=1.25，M7=0.8，M8=0.76，M9=1.30，M10=0.86，M11=1.0。由于设置后浇带，要求后浇带封闭时间不小于90d，混凝土90d收缩应变考虑后浇带封闭后最不利温差经历的时间大约是六个月，此处取270天混凝土收缩应变，计算得1 8 0 天收缩值故180天收缩当量温度为：(α为混凝土材料线膨胀系数)[1]。

1.3 综合计算温差

对于钢筋混凝土结构，考虑到徐变产生的应力松弛现象，实际温度应力计算结果将小于弹性计算结果，此处取徐变应力松弛系数H = 0.3。

2 温度应力有限元计算

根据综合计算温差，采用有限元软件对结构进行温度应力的计算，综合各楼层温度作用下楼板应力，发现以下规律。

（1）标准楼板结构超长方向应力远大于结构短边方向，相比较短边方向，超长方向在温度荷载作用下更为敏感。

（2）楼板温度应力在超长方向呈现从中间向两边逐渐变小的趋势。

（3）结构的温度应力随着层数的增加而减小，到了三层以上应力值普遍小于0.2Mpa，即便是在温度应力较大的下面几层，除了一些区域（如剪力墙周边，开洞位置，结构角部等）温度应力较大外，其余部分的温度应力相对较低。

（4）剪力墙与开洞位置在温度荷载作用下会产生应力集中现象[2]。

3 结构构造措施

超长混凝土结构除需要对结构进行合理布置、对计算结果进行合理配筋外，还应采用一定的构造措施来防止结构开裂。本工程采取了以下构造措施。

（1）在温度应力较大处的裂缝可以通过在应力集中处（如剪力墙周边，开洞位置，结构角部等）设置楼板角部附加钢筋，加强楼层外围及开洞处结构的刚度并增强配筋等方法。

（2）在普通区域，温度应力问题主要通过采取恰当的构造措施予以解决。超长方向梁设计时梁顶应设置不少于两根的通长钢筋，梁两侧应设置腰筋，腰筋在框架梁两端支座应按受拉锚固设计，超长方向楼板设计时楼板宜按双层双向拉通设计。

（3）长方向楼板变形对竖向结构产生的附加影响，对于结构超长方向两侧的竖向构件，适当减小结构轴压比与剪压比限值。

（4）为考虑维护结构保温作用产生的温差效应，在建筑物长边方向的两端及屋面设置间距不大于100mm的双层双向钢筋[3]。

4 施工质量控制

超长混凝土结构产生裂缝的原因主要有：水泥的水化热、混凝土内外表面温差、混凝土的收缩变形。本工程重点针对裂缝产生的原因对施工提出了以下要求。

4.1 控制浇筑时混凝土温度

炎热季节施工时，混凝土施工中应预冷骨料和加冰或埋入冷却管用以降低混凝土浇筑时内部的温度，保证混凝土的入模温度不应大于25℃。混凝土后浇带封闭温度不应大于25℃，后浇带封闭时间在混凝土浇筑完成后90d。寒冷季节施工时，混凝土表面应做好保温养护，减少混凝土内外表温差。

4.2 加强混凝土养护

为保证新浇筑混凝土有适宜的水化硬化条件，并防止在早期混凝土因干缩等原因产生开裂，在已浇筑混凝土终凝后，现场设专人负责混凝土养护，湿养时间不应少于14d。冬季施工不能浇水养护时，应采取比其他季节更严格的保温措施。出入口和通风廊道在台风或气温骤降之前要临时关闭或挂帘，防止环境温度和风速对结构产生变形裂缝。