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摘要：本文介绍了超长混凝土结构的概念，分析了超长混凝土结构产生裂缝的主要原因，总结了超长混凝土结构裂缝控制的常用设计、施工措施及其适用条件，供设计和施工参考。
关键词：超长混凝土结构；裂缝控制；设计；施工
1 前言
近年来，我国有很多超长混凝土结构不设缝的成功实践，但也有超长结构的基础底板、挡土外墙和梁、板等出现有害裂缝，引起渗漏，影响了结构的使用功能和耐久性。我国现行规范对超长混凝土结构的裂缝控制多为原则性规定，有必要总结工程实践中证明有效的措施，供今后超长混凝土结构的设计和施工参考。
2 超长混凝土结构的定义
超长混凝土结构目前没有明确定义，英、美、法、日等国的混凝土结构设计规范对伸缩缝间距无严格规定，只要求超过一定长度后计算温度引起的应力并采取必要的措施[1]。一般“超长”是指超过《混凝土结构设计规范（2015年版）》GB50010-2010第8.1.1条规定的伸缩缝最大间距而没有设置伸缩缝的混凝土结构，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010表3.4.12也有类似规定。同时，《混凝土结构设计规范（2015年版）》8.1.3条和《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.13条规定了允许适当放宽伸缩缝间距的情况和放宽伸缩缝间距时应采取的措施。
3 产生裂缝的原因
混凝土结构的裂缝一般分为两类：荷载产生的裂缝和变形受到约束产生的裂缝。对于超长混凝土结构，早龄期水化热引起的温差、季节温差、内外温差、日照温差和混凝土收缩变形受到约束是产生裂缝的主要原因。虽然变形受到约束产生的裂缝一般不影响结构的承载力，但裂缝会导致渗漏，给人以不安全感，还会影响结构的耐久性。
4 裂缝控制措施
控制超长混凝土结构裂缝的措施可分为三类：一是减小混凝土结构的收缩和温度变形，二是降低环境对混凝土的约束程度，三是提高混凝土的抗裂能力，我国工程界将这些措施总结为“抗”与“放”。
4.1合理布置抗侧力构件
剪力墙（支撑）等主要抗侧力构件宜布置在结构中部，使两端构件可相对容易地膨胀和收缩，有利于降低超长结构变形引起的应力，因此《高层建筑混凝土结构技术规程》8.1.8条规定“纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端”。
4.2收缩后浇带
收缩后浇带是规范推荐采用且最为常用的措施。后浇带相关的主要规范条文见表1，规定了后浇带的间距、设置位置、宽度、钢筋接头、封闭时间、防水、模板、浇筑和养护要求等。对于地上多栋建筑共用一个整体地下室的情况，沉降后浇带一般兼做收缩后浇带，故《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011对沉降后浇带的要求也列入表1。
表1 后浇带设置要求
《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.13-3条建议后浇带钢筋采用搭接，国家建筑标准设计图集16G101-1第107页和16G101-3第106页给出了“贯通留筋”和“100%搭接留筋”两种做法。文献2分析了贯通钢筋面积、后浇带宽度、钢筋合力点位置和起拱对混凝土拉应力的影响，结论如下：贯通钢筋面积越大，拉应力越大；后浇带宽度越大，拉应力越小；钢筋合力点越远离截面形心轴，拉应力越小；起拱的影响很小，可以忽略不计。对于方便后期补焊、可避免100%搭接的位置，建议采用搭接然后补焊的措施；对于难以进行补焊操作的位置，建议采用贯通留筋。全国民用建筑工程设计技术措施——结构（混凝土结构）（2009年版）[3]建议板、墙钢筋断开搭接，梁主筋贯通。
伸缩后浇带只能减小混凝土早期温度和收缩应力，不能减小使用阶段的温度应力。后浇带会延长施工工期，其两侧构件的支撑、接缝处的清理、新老混凝土的结合均给施工带来一定麻烦，处理不好将留下安全和防水隐患。
4.3膨胀加强带和补偿收缩混凝土
利用补偿收缩混凝土，在硬化过程中产生0.2~1.0MPa的自压应力，部分抵消温度和收缩变形受到约束产生的拉应力，达到控制裂缝的目的。《补偿收缩混凝土应用技术规程》JGJ/T178-2009第2.0.7条定义膨胀加强带：“通过在结构预设的后浇带部位浇筑补偿收缩混凝土，减少或取消后浇带和伸缩缝、延长构件连续浇筑长度的一种技术措施，可分为连续式、间歇式和后浇式三种”。膨胀加强带相关的主要规范条文见表2，规定了一般部位和膨胀加强带的限制膨胀率、间距、形式、宽度、浇筑时间、配合比、浇筑和养护措施等。
表2 膨胀加强带设置要求
4.5 混凝土材料
应采用适宜强度等级的混凝土，文献3的2.6.4条建议挡土墙和楼板混凝土强度等级宜不超过C30，剪力墙宜不超过C40，并采用60~90天强度。根据工程所在地条件，也可采用掺加聚丙烯纤维的混凝土以提高抗拉强度。混凝土的均匀性对其抗裂有显著影响，对于连续地下室外墙，分段采用不同混凝土强度等级的做法是不合适的，施工困难且容易在接缝处开裂。同时应注意优选骨料级配，优化混凝土配合比减少水泥用量，采用低水化热水泥或掺入粉煤灰降低早期水化速度。
4.6 采用预应力结构
在梁、板内设置预应力筋产生预压应力，可抵消混凝土收缩和温度变化产生的拉应力，避免裂缝产生。预压应力控制值，板可取1Mpa左右，梁可取1.5Mpa左右[3]。预应力是《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.13-5条推荐的抗裂措施，对设计和施工都提出了较高的要求；文献1建议，对长度超过100m的混凝土结构宜采用预应力技术。预应力筋的布置、张拉时间、张拉次序不合理，会在结构内产生次应力，影响抗裂效果；而张拉力过大时，会造成构件预拉区出现裂缝或反拱，影响结构安全。一般混凝土强度达到75%以上时，才可张拉预应力筋，如没有采取其它抗裂措施，此时混凝土已开裂，故采用预应力结构并不能解决混凝土早龄期的温度和收缩裂缝问题。
4.7 设置滑动层
超长混凝土结构的裂缝是由于温度和收缩变形受到约束产生拉应力引起的，在混凝土与外约束的接触面上设置滑动层，可减弱约束，有利于控制混凝土的开裂。一般可在基础底面和垫层之间铺设粗砂以降低底面对基础的水平向约束，文献4介绍了在上海世茂深坑酒店的基础大梁与基础垫层间设置2 道1.5mm 厚双面自粘贴聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材的做法，取得了良好的效果。
4.8 施工措施
跳仓法是将超长混凝土结构分为若干“仓块”，隔块浇筑，称为“跳仓”。相邻仓块间隔7天以上再浇筑合拢为整体，与后浇带相比，跳仓法有利于缩短工期。《混凝土结构设计规范（2015年版）》8.1.3条、《高层建筑混凝土结构技术规程》13.9.7条和《补偿收缩混凝土应用技术规程》4.0.4条文说明都把跳仓法作为可供采用的施工措施。文献5介绍了北京民源大厦220m长度的沉降后浇带跳仓封闭的做法。
其它常用施工措施有：（1）降低混凝土的入模温度；（2）加强保温、保湿养护；（3）同一时段浇筑的混凝土宜连续浇筑，少留施工缝；（4）初凝后采取措施避免对混凝土的扰动；（5）温度监测，根据测试结果调整养护措施，控制结构内外表面的温差和平均降温速度；（6）在混凝土内部预埋管道，进行水冷散热；（7）采用混凝土缓凝剂，延长水化热的释放时间，降低峰值水化热；（8）在温度较低的时段浇筑混凝土结构和封闭后浇带；（9）保证接缝处新旧混凝土的结合。
4.9 其它措施
对超长混凝土结构还应加强保温和隔热，减少温度变化。还可采用以下的应力释放措施：（1）仅顶层设置伸缩缝，见文献3图2.6.3-1；（2）采用“梁分开、板相连”的双梁结构[6]；（3）设置诱导缝[7]。
5 结论
控制超长混凝土结构的裂缝，设计和施工必须紧密合作，设计和施工人员都应了解和掌握裂缝控制的要点，为避免裂缝做出预先控制。对超长混凝土结构的收缩和温度应力，准确的计算和验证尚需进一步的深入工作，现阶段应更加重视概念设计和构造、施工措施。
参考文献：
[1]冯健，吕志涛，吴志彬，韩重庆，周广如.超长混凝土结构的研究与应用[J].建筑结构学报，2001（12）.
[2]全学友，孙会郎.后浇带的设置方案对抗裂效果的影响[J].建筑结构，2004（6）.
[3]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施——结构（混凝土结构）（2009年版）[M].北京：中国计划出版社，2012.
[4]张凌怡，刘卫东，钱海波，危鼎，葛乃剑，李小飞.超长大体积混凝土施工中的裂缝控制[J].施工技术，2016（18）.
[5]王静梅，刘文秀.超长混凝土结构取消沉降后浇带技术的研究与应用[J].施工技术，2015（3）.
[6]骆伟强.晋江万达广场钢筋混凝土超长结构裂缝控制[J].福建建筑，2017（6）.
[7]许小金，唐际宇，唐锋，王晓锋.昆明新机场航站楼超长混凝土结构施工技术[J].施工技术，2010（10）.
作者简介
1.吕坚；1981年10月；男；汉族；内蒙古通辽市；硕士；中国五洲工程设计集团有限公司；高级工程师；从事建筑结构设计。
2.袁嘉宁；1981年12月；男；汉族；天津市；本科；中国五洲工程设计集团有限公司；工程师；从事建筑设计。
论文作者:吕坚,袁嘉宁
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第21期
论文发表时间:2019/5/13
标签：混凝土结构论文; 混凝土论文; 裂缝论文; 应力论文; 措施论文; 结构论文; 伸缩缝论文; 《建筑细部》2018年第21期论文;