超长混凝土结构裂缝成因及控制方法研究

朱守萍++王勇

摘 要：近年来，随着社会经济的不断发展，我国大中城市出现了许多大型建筑，这些建筑物平面尺寸超大，多采用超长混凝土结构。由于超长混凝土结构中未设置伸缩缝，温度变形及混凝土收缩等因素将引起结构大面积的开裂，必须通过采取合理的设计及施工措施以达到裂缝控制的目的，本文将从裂缝的成因及控制方法两个方面进行讨论。

关键词：超长混凝土结构 裂缝 控制措施 应力

中图分类号：TU77 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0052-01

1 超长混凝土结构

进入21世纪以来，随着我国社会经济的飞速发展和城市建设的不断加快，各种超大型的建筑物越来越多的出现。这些建筑物平面尺寸大，远远超过了《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）所规定的伸缩缝间距限定值。我们将这种建筑物长度超过规范规定的设置温度伸缩缝或防震缝的最大长度，但是不设置任何形式永久缝的混凝土结构称为“超长混凝土结构”。

大型建筑结构设置伸缩缝，不仅会给建筑的抗震要求、设备安装等带来了很多问题，另外对结构的耐久性、耐火性、水密性、施工性和维修性等方面也会产生问题，影响结构使用功能、立面造型、象征意义的要求。同时，设缝的结构不利于抗震，关于多次地震震害统计的结果显示，设缝的高层建筑在地震时大都发生了相互碰撞，产生不同程度的震害。所以，在大型建筑物中采用超长不设缝混凝土结构对建筑结构有着至关重要的现实意义，是未来的发展趋势。

2 超长混凝土结构裂缝产生的原因

混凝土结构裂缝是指混凝土硬化过程中，由于混凝土脱水，引起收缩，或者受温度、湿度、不均匀沉降等变形荷载的影响而产生的裂缝。我们在工程实践发现，很多结构，虽然长度远远大于规范要求不设缝的长度，但是在使用过程中却没有产生裂缝；与之相反的是，有些结构虽然长度不大，符合规范不设缝要求，但是却产生了裂缝。由此得出，结构是否会产生裂缝，并不取决于结构的单体长度，而是由约束条件、几何形式、环境温度、收缩情况等因素共同影响。

理论研究表明，混凝土结构产生裂缝的原因比较复杂，按其成因有两大类。

2.1 直接荷载作用引起的裂缝

直接荷载引起的裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝，当荷载应力大于混凝土的抗拉强度时，即会产生裂缝。

2.2 非直接荷载因素引起的裂缝

2.2.1 温度的影响

混凝土会随着温度的变化而发生体积变形，在变形时会受到一定的“约束”或“抑制”的作用而产生应力。对于超长混凝土来说，它总是置于一定的基底之上，必然受到约束，当约束产生的应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土表面发生强度破坏，产生裂缝。

2.2.2 湿度的影响

混凝土在干燥过程中会产生水分蒸发，另由于其内部含湿量的不均匀分布，会形成湿度变化梯度即结构的湿度场，引起收缩应力，并使混凝土结构的表面产生裂缝。

2.2.3 混凝土收缩

在混凝土结构中，混凝土的收缩变形受到基础、竖向构件及混凝土内部钢筋的约束，会在混凝土中产生拉应力，当拉应力超过其抗拉强度或拉应变超过其极限拉应变，结构就会开裂。混凝土收缩的影响因素有很多：水泥等级、水泥质量、配合比、混凝土密实度、环境温湿度、养护方法、体表面积比、外加剂的品种、性质和用量等都会产生影响。

2.2.4 约束

混凝土温度和变化收缩引起的裂缝是由于变形受到约束引起的，没有约束就不会有裂缝产生。按照作用性质约束可分为两种：（1）外约束—— 结构之间、构件之间的相互作用；（2）内约束—— 结构或构件内部在变形过程中的相互作用。在超长混凝土结构中，多数情况构件受到外约束与内约束的共同作用。

3 裂缝控制方法分析

对于混凝土结构裂缝的控制措施，总结处理裂缝的经验，王铁梦教授提出了“抗”与“放”的设计原则。所谓“放”就是采取措施减少温度及混凝土收缩应变的措施，比如设置后浇带减少混凝土早期收缩和温度应变；而所谓“抗”就是通过采取各种措施抵抗温度应力，使混凝土内部的应力小于开裂应力，以达到控制裂缝的目的。

3.1 施加预应力

《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中指出，为了控制超长结构因为温度影响及混凝土收缩而产生的裂缝，可通过施加预应力减少其在混凝土内部产生的拉应力，这里提到的预应力措施，是指专门用来抵消温度及混凝土收缩应力的预应力措施。吕志涛院士指出：“预应力技术在解决大、高、重、新建筑工程的设计和建造难题中将继续发挥其独特的优势，并且它也是调整结构内力，减少甚至取消大面积工程伸缩缝，防止开裂的重要手段。”施加预应力是超长混凝土结构裂缝控制的有效方法，其施加的预应力与温度及混凝土收缩产生的拉应力相互抵消，减小混凝土开裂的可能。在设计计算时，可根据规范中裂缝控制等级的要求，采用相应的设计公式并同时解决由于预应力的增加而产生的不利影响。

3.2 设置后浇带

从结构裂缝控制角度来看，混凝土的收缩计算相对来说具有一定的不确定性，可以通过设置后浇带，减小收缩应力来减小收缩计算不确定性的影响，同时可以尽可能采取定性的措施减少混凝土结构的收缩。设置后浇带，是将结构划分为几个小部分，在后浇带封闭前，结构可自由完成收缩变形，一段时间之后浇筑后浇带，可减少混凝土收缩变形对结构的影响。

3.3 优化混凝土材料控制裂缝出现

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。

3.4 加强混凝土养护

养护条件、养护效果对混凝土的收缩影响很大，环境的相对湿度越大，混凝土的收缩越小，对于补偿收缩混凝土更是如此。在补偿收缩混混凝土浇筑后，须在潮湿的环境中才能发生膨胀，一般要求在浇筑完成后连续浇水养护，只有养护措施到位，才可充分发挥补偿收缩混凝土的膨胀补偿作用，避免或减少超长结构的裂缝出现。

4 结论

对于超长结构的裂缝控制来说，采用综合控制方法，应从减小温度及收缩作用，及从利用预应力或其他措施抵抗温度及收缩拉应力这两方面为切入点，解决混凝土抗裂问题。这就要求工程技术人员在设计、施工全过程中综合各类影响因素，采取相应措施，进行严格的过程控制，才能彻底解决超长混凝土结构的裂缝控制问题。

参考文献

[1] 李明.预应力控制超长结构裂缝的研究[D].上海：同济大学，2007.

[2] 张玉明.超长混凝土框架结构裂缝控制研究[D].南京：东南大学，2006.endprint