超长混凝土结构无缝设计的对策分析

摘要：从工程实践调查中发现，为了确保工程质量、提高混凝土结构的耐久能力和承重载荷能力，應注意防范混凝土结构裂缝质量问题的产生，以增强建筑工程项目的结构稳定性，确保人们居住空间的安全与舒适，消除安全隐患，避免因工程质量问题导致财产损失和人身伤害，同时延长建筑工程的使用寿命和年限。下文中，笔者将结合个人参与超长混凝土结构无缝设计的工作实践，分析现阶段工程项目中常见的混凝土结构裂缝问题，探讨优化改进的策略和建议。

关键词：承重载荷性能;耐久;使用寿命;裂缝问题;质量管理;超长混凝土结构

一、前言

从国内各地的建筑工程项目考察来看，使用平面超长的混凝土结构无缝设计方案，能够满足现代化建筑项目对造型审美、防渗漏等方面的要求，但对混凝土伸缩缝的设计要求超出了国家施工管理规范的标准，增加了混凝土结构设计的难度。我们将从分析超长结构混凝土裂缝产生原因入手，制定优化设计方案，总结防范裂缝产生的策略。

二、超长结构混凝土裂缝问题的诱因分析

（一）收缩产生的裂缝问题

在混凝土施工后的干缩、硬化环节，容易形成收缩裂缝质量问题。作为工程项目的设计单位及其设计师应结合每个工程具体情况，降低钢筋及其他构件对混凝土的拉力应变或者拉力约束，防止拉力应变数值超过混凝土结构的抗拉数值，使混凝土产生拉力收缩变形，形成裂缝。除了拉力应变的作用，建筑项目的混凝土机构设计长度、添加剂类型、混凝土养护施工技术与环境、施工质量、混凝土配合比、水泥类型等因素，都可能导致混凝土收缩裂缝的产生，作为设计师应综合考虑上述因素，逐一排查，优化设计图纸。

（二）受荷产生的裂缝问题

在受到次应力或者外力载荷作用的时候，建筑工程项目的混凝土构件容易产生受荷变形;如果受荷变形数值超过混凝土结构的抗拉极限数值，将形成混凝土裂缝。作为设计师，应在设计方案中考虑到混凝土构件的抗拉数值、耐久系数和承载系数，同时考虑到保护层厚度、钢筋直径、钢筋应力与品质、构件载荷能力、配筋率和受力情况等因素对裂缝产生的影响，将混凝土裂缝控制在0.1至0.3毫米的合理范围中，从而保证建筑工程质量。

（三）温差产生的裂缝问题

混凝土构件受降温影响时，会导致混凝土构件温度下降而产生收缩，当混凝土构件收到其他构件及钢筋约束变形时，混凝土便产生温度作用拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时，产生温度裂缝。温度裂缝的产生与以下因素相关：混凝土结构长度、体积以及约束情况，混凝土强度，构件配筋情况，温度作用类型。

三、超长结构混凝土裂缝防治与无缝设计策略

（一）温度后浇带设计

工程实践表明，超长混凝土结构施工期间合理设置温度后浇带，以消纳部分混凝土成型收缩拉应力，作为结构主要抗裂措施不但性价比较高且简单实用，但设计需验算复核或预测其有效性，尤其需关注连续横穿温度后浇带配筋对其设计效能的不利影响。为此，温度后浇带部位板内横穿钢筋宜全部或部分搭接连接，梁截面下筋与腰筋可横穿后浇带、截面上筋搭接连接，否则宜基于结构温度应力分析（整体模型中含温度后浇带构造）确定是否需要增加后浇带的数量或宽度。计算分析表明，由于横穿沉降后浇带的结构配筋连续贯通，且配筋率相对较高，导致此类后浇带封堵前宽度变化受阻，无法有效消纳混凝土成型收缩拉应力，因此沉降后浇带不应兼作温度后浇带。

（二）预应力设计

施加预应力可根据工程特点，可选择双向布置或单向布置预应力筋，可考虑不同结构部位的特点选择是否施工预应力。例如某机场项目，在狭长的指廊结构中，仅沿纵向长度设置预应力，在主楼部分，由于长宽长度均超长，两个方向均设置预应力。部分地下室超长侧壁为弧形侧壁，施加预应力会产生较大的次应力，反而对裂缝控制不利，故采用其他措施进行裂缝控制。

（三）改良混凝土材料及配合比、参加混凝土添加剂

通过采用科学改良混凝土材料及配合比、掺加混凝土添加剂，减小施工阶段的收缩拉应力，甚至产生膨胀压应力。众所周知，混凝土抗压强度远远大于抗拉强度，压应力的产生有利于抑制混凝土裂缝的开展。超长结构混凝土材料，通过控制混凝土的水泥品种、坍落度、水灰比、砂率，掺加粉煤灰、矿渣粉等材料，可以显著减少混凝土施工阶段的收缩及裂缝开展。采用补偿收缩混凝土技术，即在普通混凝土中添加一定比例的微膨胀剂，以钙矾石（或氢氧化钙）作为膨胀源，混凝土在水化过程中产生适量膨胀，在钢筋和邻位限制下，在钢筋混凝土中建立起一定的拉应力，从而防止或减少混凝土构件的裂缝产生，试验研究和工程实践表明，补偿收缩混凝土对施工不当产生的微小裂缝（即使是渗水裂缝）具有一定的自愈合能力。对于钢筋混凝土构件，在一定范围内，配筋率与自应力值成正比关系;配筋率一定时，限制膨胀率高，自应力值大。

（四）设置仲缩缝、双柱变形缝、诱导沟

通过设置伸缩缝、双柱变形缝、诱导沟释放和减少混凝土构件的约束，是裂缝控制最简单有效的方法，但需与建筑及设备专业协商，确定最优的设置方案。例如广州某机场航站楼项目，首层楼面采用无缝设计，平面尺寸达到550m×320m，结构设计在改良混凝土配合比及掺加相应添加剂的前提下，每80m设置一道贯穿地下室的诱导沟，诱导沟中间设置一道施工后浇带，诱导沟之间采用预应力控制温度应力，保证混凝土楼板不产生温度裂缝，即使产生裂缝也集中于楼板薄弱区域（即诱导沟位置），降低后期检修维护的难度

当建筑功能需求不能设置诱导沟及双柱变形缝时，且难于采用其他结果措施控制裂缝时，可以尝试设置窄缝来减少混凝土结构长度。某机场卫星厅项目，地下室弧形侧壁长度超长较多，若施加预应力将引起较大的次应力，采用变形缝处理，缝宽30mm，封内设置止水钢板及填充柔性防水材料，侧壁内外加强防水措施，形成多道防水，在满足建筑防水的前提下，满足地下室侧壁的裂缝控制需求。

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