超长混凝土框架结构裂缝控制措施

超长混凝土框架结构裂缝控制措施

江云浩

（哈尔滨东安建筑工程有限公司，黑龙江哈尔滨150000）

摘要：弧形超长框架结构无缝设计需解决的问题主要有两方面：一是整体温差作用下大面积梁板在内弧中部附近产生的拉应力；二是外弧角柱的弯矩、剪力和侧移。本文针对以上两个问题，分结构的合理布置、梁板构件的抗裂设计、结构抗裂措施三部分论述如何实现超长混凝土框架结构无缝设计。

关键词：混凝土框架；超长；裂缝控制

1.结构的合理布置

在进行结构设计之前有一个重要的阶段我们称为概念设计阶段，概念设计就是要综合考虑各方面因素，确定最合理的结构布置方案，尽量减少后期计算分析时进行反复地修改。本文就从概念设计的角度，论述如何通过合理的布置减小结构中的温度应力：

（1）通过分析弧形超长框架结构底层柱的内力和层间位移角，我们可知底层框架外弧角柱在温度作用下的变形较大、柱底弯矩剪力较大，柱脚处容易出现严重开裂。因此在进行设计时，底层柱要进行合理设计，加强其抵抗变形的能力。

（2）根据不同曲率模型的对比结果，在建筑造型允许的前提下，应尽量减少弧形结构的整体曲率，以减小弧形框架结构中的温度应力。

（3）根据不同侧向约束条件模型的对比结果，在进行柱网布置时，环向柱网应尽量采用大跨，内弧柱截面可适当减小，从而减小内弧竖向约束刚度集度，从而减小梁板在内弧处的最大拉应力；结构中抗侧刚度较大的楼梯间、电梯间宜布置在刚度中心附近，可有效降低楼板中的温度应力。

（4）优先选择主次梁楼盖体系，将主要承重框架布置在温度应力较小的径向，减小温度裂缝导致的主梁刚度下降，合理布置次梁使楼面荷载的传力方向和主梁方向相同。这种布置方式也符合抗震设计中尽量使长边、短边的抗侧刚度相近的原则。

（5）改变柱刚度对结构温度应力有较大影响，设计时应注意约束构件截面尺寸的设计，防止应力集中；结构底层的层高对整个结构温度应力的影响显著，对于底部层高较高的超长框架结构，可考虑适当增大规范规定的最大设缝间距。

（6）当温度应力超过混凝土抗拉强度不多时，可以考虑适当的增加梁宽或者板厚来减小梁板中的拉应力。增加梁高对刚度的影响较大，分配到梁上的内力也会增大，且不利于实现强柱弱梁，故不采用增大梁高的方式。

2.结构抗裂措施

2.1“防”的措施

“防”的措施即是通过减小结构中的温度应力来减小裂缝。其主要做法有：（1）通过做好概念设计，合理布置结构构件可以减小结构中的温度与应力。（2）根据前文的分析，混凝土的入模温度，对温差的影响很大，故采取低温入模，夏季在晚上或早晨浇筑混凝土等措施可极大的减小结构受季节温差的影响。（3）选择水化放热较小的水泥，并加强对混凝土结构的养护，可极大的减小混凝土的收缩带来的收缩当量温差。（4）采取有效的保温隔热措施。在上一章中分析了日照温差作用下结构的内力及变形，可知太阳辐射的影响仅限于结构表面，故采取有效的保温隔热措施可有效的降低结构的日照温度作用；在结构的使用阶段，加强保温、室内使用空调等措施可以减小结构所受温差变化的影响，减少温度裂缝的产生。

有效的保温隔热措施有很多，通常要结合建筑物的实际情况来设计。超长结构的外墙采用预制保温外墙板或经过构造处理的砌体填充墙，屋面可通过增加屋面隔热层厚度，如采用膨胀珍珠岩块材，同时在建筑物的顶层设置结构架空层，通过空气流动热交换带走屋面的热量，起到隔热的作用，从而就可以减小结构的温度变化。

2.2“放”的措施

根据温度应力的产生原理，约束才是结构构件由单纯的伸缩变形变为温度应力的关键，“放”的原理就是减小结构的约束，从而减小结构中的温度应力。在结构中设置伸缩缝、滑动支座；在施工过程中留设后浇带、采取跳仓施工等均属于“放”的方法。

2.3“抗”的措施

“抗”的方法就是采取措施增强混凝土的抗裂能力，对梁板构件施加预应力、采用纤维混凝土、UEA膨胀混凝土等均属于“抗”的范畴。

后浇带技术因为简单易形，且带能够有效释放施工期间混凝土中的大部分约束应力，而得到了广泛的应用。但后浇带也存在使施工期延长，模板和支撑不能及时拆除，后浇带两侧混凝土需要凿毛的问题，鉴于此中国建材科学研究院研发了膨胀混凝土。即在普通混凝土中掺入UEA，ZY等膨胀剂，膨胀剂在水泥水化过程中生成钙矾石，从而体积膨胀的混凝土，在钢筋和邻位限制下，将在混凝土中建立起一定的预压力，从而抵消温度收缩产生的拉应力，防止裂缝产生。

从膨胀混凝土工作的原理来说，其实是一种化学预应力，只不过张拉时间较长(14天)

，和机械预应力一样，也具有预应力损失的问题，这里的损失主要是徐变损失。如果拥有良好的养护条件，14天内就能完成90%以上的限制膨胀，使用膨胀混凝土可有效控制结构中的早期裂缝，由于混凝土的徐变作用，随时间增长混凝土结构中的预压力会不断降低。预应力是机械力作用，一经建立后永久存在，但预应力筋往往在结构混凝上浇筑1个月后甚至更长时间才能张拉完毕。可见如果将这两种措施配合使用，可以在结构的早期和后期都能很好地控制裂缝。

3.结语

得出的弧形框架结构温度应力分布特点，分结构的合理布置、梁板构件的抗裂设计、结构抗裂措施三部分论述如何实现超长混凝土框架结构无缝设计。

（1）结构的合理布置属于抗裂措施中“防”的一部分，根据弧形结构的特点介绍了如何通过合理布置减小结构中的温度应力。

（2）在结构的其他抗裂措施中，介绍了采取保温隔热措施降低结构中的温度应力、膨胀混凝土与后浇带相比的优势、膨胀混凝土与预应力筋共同作用可弥补各自的不足，有效控制结构前期和后期的裂缝。

参考文献

[1]冯健,吕志涛等.超长混凝土结构的研究和应用[J].建筑结构学报,2001.22(6):14-19.

[2]陈军毅.超长混凝土结构的温度应力分析与控制技术研究[D].浙江:浙江大学,2006.

[3]郑晓芬,程熊涛,郑毅敏.环形超长混凝土结构温度问题研究[J].结构工程师,2006.22(12):11-13.