浅谈高层建筑超长大体积混凝土底板裂缝控制

浅谈高层建筑超长大体积混凝土底板裂缝控制

孙俊兴

湖南省建筑科学研究院孙俊兴邮编410000

摘要：本文在理论分析的基础上结合工程实例对其进行了探讨，针对高层建筑底板超长结构大体积砼裂缝产生的原因和控制要求，主要从超长底板砼裂缝产生机理及裂缝控制的设计措施等方面进行论述，希望和结构设计同行共同探讨这一问题，也期望给这方面的研究带来一定的指导效果。

作者及单位：湖南省建筑科学研究院孙俊兴国家一级注册结构师

关键词：高层建筑；超长大体积混凝土底板；裂缝控制；

1、引言

大体积混凝土结构应用非常广泛的应用。但是在其结构的设计中，由于其自身特性的原因，底板裂缝导致的耐久能力及结构强度的下降成为了我们设计工作中需要考虑的一大重点。

2、高层建筑超长大体积混凝土底板裂缝控制

变形应力导致的裂缝主要受到温度、膨胀、收缩以及不均匀沉降等因素引起。一般来说，大体积混凝土中的温度裂缝主要原因有混凝土强度不够、混凝土水化热太大、混凝土降温保温方法不合理以及混凝土收缩不均匀等。

在结构设计工作中，我们一般依据“抗”和“放”的原则进行设计，“抗”主要指的是对其抗拉强度以及极限拉伸等进行提升，进而抵抗温度变化导致的拉应力；“放”则是主要以“疏导”作为指导思想，研究如何利用合理的方法来消除约束，这能够使温度应力得到很好的释放，进而减少温度裂缝的产生。

2.1地基处理

在旧混凝土基层或者基岩上进行混凝土浇注的时候，如果处理不好约束应力就会导致混凝土浇注块底部的裂缝，这种裂缝很可能变为贯通性裂缝，危害非常大。在理论和实践中，我们发现，基础和地基之间的外约束程度和它们的接触状态有着很大的关系，因此，我们可以通过于底板和地基之间进行缓冲层或者滑动层的设置来减小这种外预应力。另外，通过于两侧1/4到1/5的范围之内进行滑动层的设置能够给水平剪应力带来很大的削减作用。

2.2设缝的有效作用

（1）后浇带

根据笔者的经验来看，如果以长期使用的角度分析的话，无缝工程相比较与留永久性变形缝有很多的优势，比如防水性好、整体性好、抗震性高且施工比较方便。在通过后浇带代替永久伸缩缝的时候要注意：

首先，如果后浇带中存在着接缝不密实、垃圾清理困难以及放水质量差的问题，很可能在后期形成两条裂缝，因此，我们要对后交代的构造进行充分的重视。

其次，一般来说后浇带间距要在30m左右，填充封闭的时间不应该太短，最佳的时间标准应取在收缩形变以及总降温进行到一半以上的时候。

（2）膨胀加强带

膨胀加强带的主要原理是通过利用补偿收缩混凝土膨胀的效应，进而实现对干缩及温差所导致的应力进行补偿，避免裂缝的产生。通过这一措施能够对后浇带的不足进行弥补，这种措施的应用范围为所有现浇混凝土结构。

一般来说，在设置膨胀带的过程中，间距一般为30~40m，带宽一般为2000~3000mm，另外我们还要在两端位置进行钢丝网的设置，并在带宽的梁内进行梁腰筋的增设。

（3）缓和沟

这属于一种新的裂缝控制施工方法，主要是在混凝土的表面上，进行应力缓和沟的设置，沟之间的间距为其总长度的20%。这种方法可以抵消20%到50%表面拉应力。

图1应力缓和沟设置方法

2.3结构约束问题

约束变形将会导致约束应力，而这种变形如果超过了建筑物抗拉的强度，必然会导致裂缝的产生。这种背景下，我们设计人员可以通过“抗与放”以及“抗放兼施”的措施来进行设计。比如，不留伸缩缝或者留伸缩缝这种方法都属于可以用来减少有害裂缝的产生。

结构受的外部作用主要有：外荷载，这是第一类荷载；变形作用，这是第二类荷载，属于间接荷载，其中，变形作用主要有温度、湿度以及地基不均匀沉降。在连续式约束的条件下，长墙、剪力墙、大底板、楼板等的最大约束应力计算公式为：

在公式中，T为水化热温差、收缩当量温差、气温差的代数和，由此可以看出，在夏季施工过程中的拉应力会相对于冬季大一些。此外，从公式中，我们还可以看出，对开裂进行控制的主要因素是约束、混凝土的极限拉伸、温差及收缩。因此，我们要尽量对约束、温差及收缩进行降低，然后提示极限拉伸来解决这一问题。

2.4混凝土结构形式与强度等级问题

进行裂缝控制的时候，起到作用的是混凝土抗力的极限拉伸，而水泥标号或者用量的增加并不可以大幅提升其抗拉强度。另一方面，在结构设计的过程中，已经有以往的静态结构体系发展到现在的超静定框架以及剪力墙体系，在这种新的体系中，将会出现约束度的增加，因此约束应力也会增加。此外，当前各种超宽、超厚。超长的结构越来越多，这也使结构约束应力面临更为严重的问题。

我们在进行结构设计的过程中，要尤其关注结构约束的状态，并尽最大可能降低约束度。另外，钢筋保护层的厚度也很关键，如果过薄则会影响其耐久性，而过厚又会导致开裂率与开裂宽度的增加，因此，我们要根据耐久性的要求来确定最小允许厚度。

2.5配置构造钢筋

混凝土属于非均匀的材料，在对拉力作用进行承受的时候，截面各点有着不均匀的受力，而且存在着很多不规则的应力集中点，这就容易导致局部的塑性变形，因此，通过进行适当的钢筋配置，可以对混凝土的塑性变形进行约束，进而对这一问题进行改善。而且实践也证明适当配筋可以对混凝土的拉伸极限进行提升，这里的适当主要是指配筋要密、细。

3、工程实例

3.1工程概述

本文选取笔者工作过的长沙“盛世.耀凯”国际项目对其进行分析。本工程项目，主要由1栋11层的框剪酒店式公寓（17#）、16栋26~27层的剪力墙结构高层住宅（1#~16#）、1栋多层的幼儿园（18#）组成。其具体条件如下：规划用地面积76471.73㎡，计容总建筑面积181731.48㎡。地下总建筑面积44422.05㎡。其中人防地下室建筑面积9908.25㎡。

（1）地理条件：建设区地坪面场地竖向呈西高东低，北高南低态势，无洪水隐患。建设区地下水位较低，水质良好。

（2）建设场地的工程地质条件：场地内地下水质对砼结构中的钢筋具微腐蚀性；场地内无地震液化地层，因此可不考虑岩土层的地震液化问题。

（3）建设方要求及概要：本工程有一个地下室，地下室平面呈等边三角形，最长边312.13m，要求地下室全埋，不设伸缩缝，利于防水，地下室顶板做为各单塔的嵌固端。

3.2具体的裂缝控制措施

施工时为减少混凝土因收缩和徐变而开裂，在地下室底板、顶板和侧墙两个方向设置宽度为800mm宽的后浇带和2000mm宽膨胀加强带，间距不大于30~40米，每一组后浇带应位于同一竖向截面处。同时，膨胀加强带应根据其重要性和对施工操作面的影响程度尽可能后浇。

地下室的膨胀加强带应在主体结构施工完毕30天后再浇注，至少应在地下室膨胀加强带两侧的砼全部浇筑完成45天后再浇注带内砼，后浇带宜在主体结构施工完成60天后浇注。

在本工程的地下室中，除采取上述设置膨胀加强带的措施外，我们还应在地下室底板、顶板和侧墙砼内添加高性能膨胀抗裂剂（用量为胶凝材料用量的8-12%）并严格控制其掺量，膨胀加强带内的掺量为胶凝材料用量的14%。

此外，后浇带墙、板钢筋要采用搭接接头，而且采用收缩小、水化热低的水泥，减少水泥用量，适当提高地下室楼板的配筋率，而且施工时要求控制混凝土浇筑时间和浇筑温度，并采取二次振捣措施，加强混凝土养护，特别是前期养护。

4、结语

本工程目前尚在施工过程中，主体尚末封顶，从目前沉降观测结果看各项变形指标均满足国家标准，及在工程现场埋设了差动式应变计对混凝土应变进行了监测，各项指标均为正常，砼表观质量亦均属良好无可见微细裂纹。本文主要从结构设计方面进行了探讨，实际工作中，还可以通过补偿收缩混凝土技术、施工组织措施等方面来做好裂缝的控制。

参考文献

[1]王铁梦．工程结构裂缝控制［M］．北京:中国建筑工业出版社，1998．

[2]赵海东,赵鸣,沈水明;超长钢筋混凝土结构的温度响应[J];四川建筑科学研究;2009年04期.

[3]建筑施工手册第四版［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003

[4]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)；《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）