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        探究超長結(jié)構(gòu)的裂縫控制與設(shè)計策略

        2018-05-14 08:19:17徐德波
        裝飾裝修天地 2018年18期
        關(guān)鍵詞:裂縫控制設(shè)計策略

        徐德波

        摘 要:超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計的裂縫控制方法,是在綜合考慮了混凝土裂縫產(chǎn)生的微觀機理基礎(chǔ)之上,綜合運用材料措施、施工措施、結(jié)構(gòu)措施和保溫措施,使建筑可以在超過規(guī)范規(guī)定最大變形縫間距要求時,避免混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:設(shè)計策略;裂縫控制;超長結(jié)構(gòu)

        1 前言

        隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,人們對建筑的使用功能和外形審美要求越來越高,“超長、超高、超寬”等超限建筑在國內(nèi)外不斷涌現(xiàn)。這些建筑為了滿足適用性與耐久性的要求,往往避免設(shè)置伸縮縫,以防止地下結(jié)構(gòu)滲水等問題。然而,根據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,框架結(jié)構(gòu)地下部分長度超過55 m,剪力墻結(jié)構(gòu)地下部分長度超過45 m時,需要設(shè)置伸縮縫。但是越來越多的工程實際要求結(jié)構(gòu)工程師采取有效技術(shù)措施,對結(jié)構(gòu)方案進行優(yōu)化,以突破規(guī)范對伸縮縫最大允許間距的規(guī)定,在避免混凝土結(jié)構(gòu)開裂的前提下,滿足建筑要求。通過對大量工程實際的分析和經(jīng)驗總結(jié),隨著新技術(shù)和新工藝的使用,進行超長、超寬結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計理念逐漸運用成熟。筆者從裂縫產(chǎn)生的原因和結(jié)構(gòu)布置的要點等方面對超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制方法進行了系統(tǒng)闡述。

        2 裂縫原因分析

        裂縫是固體材料內(nèi)部分布不連續(xù)的一種表現(xiàn)形式,是固體材料的常見缺陷。通?;炷两Y(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生可以從內(nèi)因與外因兩方面入手分析。

        2.1 內(nèi)因表現(xiàn)

        由于混凝土收縮、徐變或溫度變化等使得結(jié)構(gòu)變形不均勻,而產(chǎn)生內(nèi)部收縮應(yīng)力,當收縮應(yīng)力大于混凝土材料的極限抗拉應(yīng)力后,表面將開裂從而使結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力釋放,此類裂縫可細分為溫度裂縫和塑性收縮裂縫。溫度裂縫經(jīng)常出現(xiàn)在混凝土的養(yǎng)護過程之中,裂縫的寬度受環(huán)境溫度的影響顯著,施工時外部環(huán)境溫度越低,最終裂縫就越寬。對于超長結(jié)構(gòu),由于澆筑的混凝土體積大,核心區(qū)域混凝土散熱不及時,使得結(jié)構(gòu)內(nèi)外部溫度不同,導致收縮不均最終開裂,且溫差越高裂縫越寬。塑性收縮裂縫是在混凝土初凝后、終凝前,由于結(jié)構(gòu)表面的游離水分蒸發(fā)、表面收縮,而此時的混凝土由于強度較低,不能抵抗這種變形應(yīng)力,致使混凝土開裂。超長混凝土結(jié)構(gòu)由于表面積大,表面水分蒸發(fā)快,結(jié)構(gòu)總收縮量大,如果養(yǎng)護不及時,極易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

        2.2 外因表現(xiàn)

        由于混凝土結(jié)構(gòu)受到荷載作用產(chǎn)生的直接應(yīng)力,或由不均勻沉降產(chǎn)生的次生應(yīng)力,當直接應(yīng)力或者次生應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉應(yīng)力時,混凝土結(jié)構(gòu)將開裂。通常,外因裂縫是在結(jié)構(gòu)正常使用過程中產(chǎn)生的,業(yè)主隨意改變建筑的使用功能,使得結(jié)構(gòu)實際荷載超過設(shè)計荷載,從而導致此類裂縫產(chǎn)生。而對于超長結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)跨度大,地基情況往往比較復雜,基礎(chǔ)的不均勻沉降,地下水位的變化,均會使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較高的附加應(yīng)力也會造成混凝土構(gòu)件開裂。

        3 超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計的優(yōu)勢

        超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計是在建筑物的長度超過了現(xiàn)行規(guī)范對伸縮縫、抗震縫基本要求而不設(shè)縫的結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)行規(guī)范對伸縮縫的要求并不是強制規(guī)定,因此無縫設(shè)計并不與國家規(guī)范對立。這種設(shè)計可以滿足建筑物結(jié)構(gòu)安全與使用功能上的多種要求,其設(shè)計的意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

        3.1 外立面完整性

        建筑物正立面設(shè)置多道伸縮縫,會影響建筑物立面效果和裝飾風格,而且設(shè)縫處往往對墻體外形施工有較高要求,施工處理不當或者維護不及時均會影響建筑的造型。無縫設(shè)計可以保證立面的完整性,使得建筑立面設(shè)計更易處理。

        3.2 避免扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

        無縫設(shè)計可以避免由縫分開的各個結(jié)構(gòu)單元因質(zhì)心與剛心不重合而引起扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。尤其對于雙拼式高層住宅結(jié)構(gòu),無縫設(shè)計可以使結(jié)構(gòu)對稱布置,在地震作用下,結(jié)構(gòu)一般以平移振動為主振型。

        3.3 提升耐久與防火性能

        變形縫設(shè)置會給結(jié)構(gòu)的防水性、耐火性、耐久性等方面產(chǎn)生影響,從而為設(shè)計和施工增加難度。而且變形縫易受到建筑環(huán)境的影響,給維護工作帶來不便,尤其對于隱蔽性較強的地下結(jié)構(gòu)變形縫,其維護更具難度。如果采用無縫設(shè)計,就可以從根本上解決此難題。

        3.4 便于鋪設(shè)管線

        機電設(shè)備的管線布置需要貫通建筑物墻體,如果建筑中間設(shè)置變形縫,為了防止由于縫兩邊結(jié)構(gòu)單元錯動而使管線折損,管線必須采取吸收位移和降低內(nèi)力的措施,從而限制了管線的靈活布置、維護和改造,同時也會影響管線內(nèi)部載體流的通暢。無縫設(shè)計為管線安全、靈活、貫通的設(shè)計提供便利。

        4 超長結(jié)構(gòu)設(shè)計要點與策略

        針對混凝土裂縫產(chǎn)生的內(nèi)因,即在施工過程中,降低結(jié)構(gòu)的內(nèi)部約束,使構(gòu)件可以自由伸縮,釋放內(nèi)力;通過加強材料自身抗裂能力和結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力,在正常使用時期,使結(jié)構(gòu)抗裂能力高于體系內(nèi)力。兩種方案同時使用,雙管齊下更易達到抗裂的目的。

        4.1 材料設(shè)計

        高強混凝土在凝固過程中與普通混凝土相比,釋放水化熱更多,材料收縮量大,更易產(chǎn)生裂縫。因而,在滿足承載力、結(jié)構(gòu)剛度等要求的前提下,超長結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量降低混凝土強度等級。為降低混凝土的收縮率,可在其中摻加適量膨脹劑,以保證混凝土限制膨脹率和限制干縮率符合規(guī)范要求。同時為改善混凝土脆性,提高混凝土的整體連續(xù)性,還可以摻入適量改性聚丙纖維,此方法可以提升混凝土材料自身的抗拉極限應(yīng)力,提高結(jié)構(gòu)抗裂能力,滿足“抗”的設(shè)計理念。

        4.2 施工設(shè)計

        后澆帶是處理超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計的重要施工措施之一。后澆帶即在結(jié)構(gòu)的相應(yīng)部位留設(shè)臨時施工縫,將結(jié)構(gòu)暫時劃分成幾個獨立的部分,當結(jié)構(gòu)構(gòu)件完成內(nèi)部收縮后,再澆筑施工縫的混凝土,將幾個部分連成整體。后澆帶的設(shè)置,可以使在施工縫混凝土澆筑前,結(jié)構(gòu)的各個部分分別完成收縮變形,降低結(jié)構(gòu)對混凝土的約束效應(yīng),從而降低混凝土的初始應(yīng)力。后澆帶內(nèi)鋼筋不斷開或采用搭接方式,并在相鄰結(jié)構(gòu)澆筑60 d后再澆筑。后澆帶混凝土強度高于主體結(jié)構(gòu)混凝土強度一個等級,本工程采用C35,且摻加水泥用量6%的抗裂膨脹纖維防水劑,梁板后澆帶另設(shè)加強筋。

        4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

        從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置方式考慮,盡量釋放結(jié)構(gòu)的次生內(nèi)力。對于抗側(cè)移剛度較強的剪力墻構(gòu)件,不宜集中放置在結(jié)構(gòu)兩側(cè),以約束結(jié)構(gòu)的溫度變形,增大結(jié)構(gòu)的次生應(yīng)力。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層宜選在同一土層,或采用地基處理措施,使持力層承載力均衡,避免不同部位產(chǎn)生不均勻壓縮變形,而使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生次生內(nèi)力。同時,合理布置的剪力墻可以抵抗結(jié)構(gòu)的溫度變形,減少裂縫的產(chǎn)生。屋蓋梁板采用雙層雙向配筋并予以加強,或采用雙向布置的無粘結(jié)預應(yīng)力筋,也是抵抗溫度變形的結(jié)構(gòu)設(shè)計措施,符合“抗”的設(shè)計理念。

        4.4 保溫設(shè)計

        建筑外墻采用外保溫形式,可以使結(jié)構(gòu)主體在使用階段不外露,降低結(jié)構(gòu)受溫度變化影響,從而降低溫差變形,減少裂縫。在建筑屋頂增加保溫層厚度,或采用坡面的結(jié)構(gòu)架空層屋頂形式,可以降低結(jié)構(gòu)頂面的溫度,控制屋頂橫向變形。尤其注意施工階段中,當建筑物未封頂,且保溫材料未粘結(jié)時,結(jié)構(gòu)暴露在外界環(huán)境中,此階段是超長結(jié)構(gòu)受溫度應(yīng)力影響最顯著的時期。對于新舊混凝土結(jié)合面處施工縫的處理,更是需要關(guān)注的重點。根據(jù)歷年溫度與溫差記錄,分析結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力與變形,找出結(jié)構(gòu)在溫度應(yīng)力作用下的薄弱點,從而有針對性的采取加固處理和技術(shù)措施。

        5 結(jié)束語

        本文對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的內(nèi)部原因與外部原因進行了理論分析,從避免裂縫產(chǎn)生的微觀機理和宏觀措施入手,提出適于超長結(jié)構(gòu)裂縫控制的設(shè)計施工方法,以期為類似工程的設(shè)計提供參考。

        參考文獻:

        [1] 張麗,孫鵬舉.談超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計裂縫控制方法[J].山西建筑,2018(8).

        [2] 余曉炯.同悅灣AC-13地塊住宅項目超長地下室結(jié)構(gòu)施工裂縫的控制[J].上海建設(shè)科技,2018(1).

        [3] 戴朋森.超長混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與裂縫控制探討[J].低碳世界,2018(2).

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