摘 要:從工程設(shè)計(jì)的角度,簡(jiǎn)析了混凝土溫度收縮裂縫的成因和基本特點(diǎn),提出了防止和減輕超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的設(shè)計(jì)措施。
關(guān)鍵詞:超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu);溫度變形;后澆帶;補(bǔ)償收縮
中圖分類號(hào): TU 375; TU 378 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
引言
在建筑工程中,混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫較為普遍,裂縫的類型也很多,其成因基本可歸納為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。其中由混凝土收縮和溫度裂縫以及這兩種變形共同引起的溫度收縮裂縫,是北方地區(qū)工程中最常見(jiàn)的裂縫。隨著建筑向大型化和多功能化發(fā)展,超長(zhǎng)高層或大柱網(wǎng)建筑不斷出現(xiàn),混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高、泵送混凝土工藝的應(yīng)用,使超長(zhǎng)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(shì)。雖然這類裂縫屬非結(jié)構(gòu)性裂縫,一般不會(huì)影響構(gòu)件的承載力和結(jié)構(gòu)安全,但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性和整體性,同時(shí)也給使用者在心理上造成不良影響。由于現(xiàn)行規(guī)范對(duì)防止和減輕溫度收縮裂縫的設(shè)計(jì)措施的規(guī)定較為原則化和局限性,因此,有不少的設(shè)計(jì)人員比較重視強(qiáng)度設(shè)計(jì),而未認(rèn)真考慮抗裂的構(gòu)造措施。
基于以上原因,本文結(jié)合北方地區(qū)溫差大、氣候干燥這一特點(diǎn),根據(jù)多年來(lái)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出了防止和減輕超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的一些設(shè)計(jì)措施,供參考。
1 溫度收縮裂縫的基本特點(diǎn)
混凝土在硬化過(guò)程中發(fā)生收縮,溫度變化時(shí)會(huì)熱脹冷縮。當(dāng)這兩種變形受到約束時(shí),在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力,這兩種應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂而形成收縮裂縫或溫度裂縫。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)中較多見(jiàn)的是在收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的溫度收縮裂縫。
(1)該裂縫由收縮和溫度變形共同產(chǎn)生,其分布一般為收縮裂縫和溫度裂縫兩種裂縫的組合,隨環(huán)境濕度而變化,隨時(shí)間而發(fā)展,裂縫的開(kāi)裂和危害程度往往較單一的收縮裂縫或溫度裂縫嚴(yán)重。
(2)根據(jù)具體工程中裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、發(fā)展與變化及裂縫分布、形狀、尺寸等特征,裂縫一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主兩種,實(shí)際工程中較常見(jiàn)的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫,一般發(fā)生在混凝土澆注后一年內(nèi),但多出現(xiàn)于澆注后半個(gè)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?！?/P>
(4)梁板裂縫呈現(xiàn)不同的分布特征,梁縫一般垂直于縱向,分布在兩側(cè)面,兩頭細(xì)、中間寬、棗核形。裂縫為表面、深進(jìn)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(gè)方向板縫縱橫交錯(cuò)、不規(guī)則,縫多為貫通,板面縫一般寬于板底縫。
2 防止和減輕超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力的措施
2. 1 控制和降低溫度收縮應(yīng)力的措施
2. 1. 1 有效設(shè)置后澆帶
(1)間距:規(guī)范規(guī)定為30～40 m。建議具體工程應(yīng)結(jié)合建筑物的長(zhǎng)度、氣候環(huán)境特點(diǎn)等綜合考慮,一般應(yīng)控制在30 m左右。
(2)位置:小跨度開(kāi)間或受力較小的部位,后澆帶一般可設(shè)置在梁跨1 /3處;平面布置時(shí),要注意梁的布置宜平行于后澆帶,以免梁截?cái)嗵?視具體情況,可沿平面曲折通過(guò)。
(3)寬度:規(guī)范規(guī)定為0. 8～1 m。建議預(yù)留的寬度要考慮滿足鋼筋錯(cuò)開(kāi)搭接的要求,允許>1 m。
(4)鋼筋:目前對(duì)后澆帶內(nèi)梁縱向鋼筋的處理有兩種做法。第1種是梁板鋼筋均斷開(kāi)后搭接,但由于梁鋼筋搭接、焊接處理困難,質(zhì)量不易保證,容易給結(jié)構(gòu)造成隱患。第2種是板鋼筋斷開(kāi)、梁鋼筋直通不斷。這種做法目前在工程中采用較多,但由于截?cái)嗔狠^多時(shí)鋼筋全部不斷會(huì)約束混凝土收縮,達(dá)不到預(yù)期的效果。
本文建議,梁上部鋼筋、腰筋及板墻鋼筋斷后錯(cuò)開(kāi)搭接,必要時(shí)先搭后補(bǔ)焊;梁下部鋼筋不斷,可適當(dāng)加大配筋。這樣既可以大大減小梁鋼筋全部不斷對(duì)混凝土收縮形成的約束,又可避免梁鋼筋全部斷后造成的鋼筋搭接、焊接困難。這種處理方法在一些工程中的應(yīng)用取得了較好的效果。
(5)澆注時(shí)間:按規(guī)范的要求,澆注宜在兩個(gè)月后進(jìn)行,且澆注時(shí)的溫度宜低于主體混凝土的溫度。由于混凝土的早期收縮量大,相對(duì)于1年的收縮量,其半個(gè)月的收縮量達(dá)30 %～40 %, 1個(gè)月達(dá)45 %～55 % , 2個(gè)月達(dá)65 %～75 % ,半年達(dá)80 %～90 %。故應(yīng)按規(guī)范執(zhí)行,在兩個(gè)月后進(jìn)行澆注。
(6)后澆注混凝土:采用無(wú)收縮或微膨脹混凝土,強(qiáng)度等級(jí)較主體混凝土提高5MPa。
(7)設(shè)計(jì)時(shí),要特別交待施工單位應(yīng)注意的問(wèn)題:后澆帶兩側(cè)宜設(shè)鋼筋網(wǎng)片,防止主體混凝土流入后澆帶;后澆帶混凝土澆注前應(yīng)清理鑿毛,澆注時(shí)振搗密實(shí),并精心養(yǎng)護(hù);保證后澆帶兩側(cè)支撐穩(wěn)定可靠,后澆帶混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)方可拆除。
2. 1. 2 控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的措施
(1)加強(qiáng)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)對(duì)屋面板、外廊板、陽(yáng)臺(tái)板、外露室外現(xiàn)澆板(含施工期間主體暴露時(shí)間較長(zhǎng)的室內(nèi)現(xiàn)澆板)以及板跨> 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≮Φ 6@200 mm的雙向鋼筋網(wǎng)片,或支座鋼筋隔一全跨貫通,但間距宜≯200 mm,每一方向配筋率宜≮0. 1 %。以上板在有受力鋼筋處,實(shí)配鋼筋尚應(yīng)考慮溫度收縮應(yīng)力的影響予以適當(dāng)增大。
(3)對(duì)框架梁及所有的現(xiàn)澆梁,凡高度≥600 mm(外露梁高度≥500 mm)者,均應(yīng)設(shè)置≮2Φ 12 mm的腰筋。腰筋宜細(xì)而密,間距應(yīng)≯200 mm,每側(cè)腰筋配筋率宜≮0. 1 %。
(4)檐口板、外露欄板應(yīng)雙向配筋,上下端頭各配≮2Φ 10 mm的溫度抵抗筋,并每隔15～20 m設(shè)置1道20 mm的溫度伸縮縫。
(5)現(xiàn)澆板混凝土的強(qiáng)度等級(jí)宜≯C 35。
2. 2 采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土
2. 2. 1 設(shè)計(jì)思路
采取“以抗為主”的設(shè)計(jì)思路,利用UEA 補(bǔ)償收縮混凝土在硬化過(guò)程產(chǎn)生的膨脹作用,在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生少量的預(yù)壓應(yīng)力用以補(bǔ)償混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的溫度和收縮拉應(yīng)力,從而防止收縮裂縫或?qū)⒘芽p控制在無(wú)害裂縫的范圍內(nèi)。
2. 2. 2 具體做法
所有樓板均摻加10 % ～12 %的UEA,其膨脹率為2 ×10- 4 ～3 ×10- 4。每隔50 m設(shè)置1條2 m寬的膨脹加強(qiáng)帶,帶內(nèi)混凝土摻加14 % ～15 %的UEA,其膨脹率為4 ×10- 4 ～6 ×10- 4。兩側(cè)設(shè)密孔鋼絲網(wǎng),防止混凝土流入加強(qiáng)帶,可連續(xù)澆注100～200 m的超長(zhǎng)建筑。
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(qiáng)梁板的剛度,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(dá)到擴(kuò)大溫度伸縮縫間距而不設(shè)后澆帶的目的。例如對(duì)珠海機(jī)場(chǎng)的調(diào)研,梁板在采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土后,平面尺寸84 m ×48 m未設(shè)后澆帶,其使用效果良好。如果為了滿足建筑層高的要求而采用該技術(shù)時(shí),可考慮在采取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)合工程實(shí)際進(jìn)行具體分析。
3 結(jié)語(yǔ)
本文從工程設(shè)計(jì)的角度,簡(jiǎn)析了混凝土溫度收縮裂縫的成因和基本特點(diǎn),提出了防止和減輕超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的設(shè)計(jì)措施。注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì),對(duì)裂縫采取“放”、“防”、“抗”相結(jié)合的設(shè)計(jì)構(gòu)思,通過(guò)有效設(shè)置后澆帶、控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的綜合措施,對(duì)防止和減輕超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫比較有效。但其中的一些措施尚須深入研究,在具體工程中應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)各自的特點(diǎn),并結(jié)合北方地區(qū)8度抗震設(shè)防要求綜合考慮。
后澆帶內(nèi)梁鋼筋斷與不斷一直有兩種不同的看法和處理方法。通過(guò)多年來(lái)在一些超長(zhǎng)建筑上的設(shè)計(jì)實(shí)踐,提出了梁鋼筋下部不斷開(kāi)、上部及腰筋可錯(cuò)開(kāi)搭接或先搭后焊的處理方法。
