建筑工程超長鋼筋混凝土結構無縫設計施工技術措施分析

陳峰

【摘要】隨著我國經濟的發(fā)展，混凝土結構在建筑工程中得到普遍應用。超長鋼筋砼結構出現裂縫由于收縮導致。超長鋼筋砼結構無縫設計施工技術對控制混凝土工程開裂具有重要作用，如何控制超長鋼筋砼的無縫設計施工成為工程師分析的重點。超長混凝土結構裂縫控制問題受到工程界的關注，探尋科學合理的無縫設計方法具有重要的現實意義。分析超長砼結構裂縫原因，介紹建筑工程超長鋼筋砼無縫設計施工技術措施。

【關鍵詞】建筑工程;超長鋼筋砼結構;無縫設計;施工技術

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.25.004

隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，大型建筑體項目不斷增多，超長鋼筋砼結構使用普遍。超長鋼筋砼結構是結構單元長度超過砼結構設計規(guī)范規(guī)定伸縮量，設置伸縮縫會影響建筑立體面效果。隨著建筑物大型化的發(fā)展，砼強度等級提高使得超長鋼筋砼結構易出現溫度伸縮縫。裂縫控制關鍵是解決砼溫度收縮應力問題。國內外現行規(guī)范未對超長砼結構設計明確規(guī)定，研究人員通過系列實驗分析取得砼材料基本性質研究成果，在對鋼筋砼結構溫度場研究中產生解析法，有限單元法等。研究機構從不同角度對超長鋼筋砼結構溫度收縮裂縫控制做出大量研究，但工程實踐中仍存在一些不足。結合建筑工程實例研究總結超長鋼筋砼結構無縫設計施工技術具有重要意義。

1、超長鋼筋砼結構無縫設計概述

隨著社會經濟的發(fā)展，人們對建筑物使用功能要求不斷提高。大型商業(yè)中心等平面尺寸不斷加大，為滿足功能防水等要求，希望設計中少設永久性伸縮縫，許多大型鋼筋砼建筑結構不設永久縫長度超過現行砼結構設計規(guī)范規(guī)定限值。超長砼結構多在平面尺寸超長，大體積砼結構稱為大面積砼結構【1】。超長砼結構具有很多優(yōu)點，如結構整體性較好，避免伸縮縫對設備管線布置的影響，符合建筑物使用功能等要求等。

混凝土結構澆筑后在溫度變化等作用下產生變形，超長砼結構收縮變形產生較大約束應力?；炷亮芽p分為表面與貫穿裂縫。表面裂縫通常危害較小，深層裂縫對結構具有危害性;貫穿裂縫會破壞結構穩(wěn)定性。裂縫引起砼耐腐蝕能力降低，對建筑使用功能產生影響，導致建筑結構破壞。砼結構裂縫受直接與間接作用等原因，工程中結構物裂縫變形引起的占80%，按產生原因分為塑性塌落裂縫，干燥收縮裂縫，地基沉降裂縫等。國外對直接荷載作用引起結構裂縫已有廣泛研究，長期在工程中發(fā)揮較好的控制作用。目前工程設計主要根據建筑地基基礎設計規(guī)范要求，上部結構設計假定結構底部為固定約束，忽略地基不均勻沉降對結構的作用。對超長砼結構溫度收縮縫問題研究非常必要。

超長砼結構構成按現行設計規(guī)范，要設置永久性伸縮縫，伸縮縫處理不當會留下滲漏等隱患。超長砼結構設計具有重要技術經濟意義，超長砼工程實踐中采用概念設計方法，隨著現代建筑的發(fā)展，定性構造處理不能滿足工程應用的要求，準確分析超長砼結構溫度收縮陰歷才能降低設計施工裂縫控制盲目性【2】。超長砼無縫設計要通過釋放應力提高結構變形能力。裂縫控制是超長砼結構設計的重要研究課題。國內外學者對砼裂縫機理及控制措施等問題進行大量研究，取得許多超長砼結構溫度收縮應力分析研究成果。

2、超長鋼筋砼無縫設計理論分析

混凝土構成材料易受到外部環(huán)境影響產生裂縫，主要原因包括結構應力次應力導致裂縫，化學反應引起開裂，混凝土干燥收縮等?；炷翢崦浝淇s性質使其在溫度變化時產生變形，砼變形收到約束產生結構內拉應力，超過抗拉極限形成裂縫。無縫設計是結構區(qū)段長度過長，無需設置后澆帶，是在硬化中通過砼外加劑確?，F澆砼結構出現微膨脹功能，在結構內建立預壓應力【3】。HEA型膨脹劑是常用的膨脹劑，通常添加6%的水泥出現微膨脹，補償砼干所拉應力避免產生裂縫。

外部荷載應力是混凝土裂縫主要原因，混凝土硬化中，隨著裂縫寬度增大導致貫穿，超負荷裂縫由于荷載過于集中出現內力彎矩。 無縫設計思路是用摻膨脹劑補償收縮砼為結構材料，膨脹由于受鋼筋約束建立預壓力防止砼開裂。梁板在收縮變形下截面受拉應力較均勻，出現設計控制水平法向應力σ，在σmax處給予較大膨脹應力σ，使結構收縮力得到補償。設計砼補償收縮能力關鍵是計算砼限制膨脹率ε2，防止膨脹開裂判據為ε2=（S-Ct）≥Sk，Ct為受拉徐變率【4】。經回歸分析得ε2與干縮率Sd擬合公式，St=α（T1+T2），ε2=3.33t/1.87+t×104×α1，α2……α9β，RT為混凝土干縮率與自由干縮率比，α為混凝土膨脹系數;αi，βi為偏離標準條件修正系數;T1為混凝土水化引起升溫℃，T2為氣溫變化溫差℃，t為齡期。利用公式針對具體工程參數計算膨脹砼，實現無縫施工不開裂。

混凝土結構裂縫不可避免，有無害裂縫界線由生活使用功能決定，要將裂縫控制在無害范圍內。超長砼結構裂縫控制中出現很多設計施工方法，基于將結構柔性設計足夠大，適應較大變形需求;或將結構強度設計足夠大抵抗溫度收縮應力。結構承受溫度收縮作用是能量轉化過程，總的能量通過抵抗吸收?，F行規(guī)范給出伸縮縫最大間距，減小約束程度避免結構因溫度收縮開裂【5】。實際工程中許多混凝土結構設計為不設永久伸縮縫超長結構。混凝土均質性差，裂縫控制難度高是耐久性的要害。提高砼抗拉性能是超長砼結構溫度收縮裂縫控制的有效途徑。

3、超長鋼筋砼結構工程無縫設計

某建筑工程長度64.5m，選取鋼筋砼框架結構，平均寬度15m，要求不使用伸縮縫，選取后澆帶方式不可行，可通過HEA膨脹劑消除伸縮縫。上部結構為計算伸縮縫間距主要內容，計算不摻加HEA伸縮縫間距，桿系結構為建筑上部結構形式，澆筑砼后水泥硬化出現內外溫差較低，建成后因晝夜溫差出現膨脹問題。設年均最高溫度T135℃，年均最低溫T2-2℃，HEA添加補償收縮溫度為T3H【6】;柱頂允許位移△L12mm，混凝土線膨脹系數α。

εc=α×T，HEA無添加砼溫差最大值，△L=T1-T2-T3=87℃，L=2[△L]/（α×[△T]×η）=46m，T3H=48℃，混凝土溫差最大值公式為△TH=T1-T2-T3-T3H=39℃?？s縫最大間距公式LH=2[△L]/（α×[△TH]×η=102.5mm，64.5m為上部結構長度在HEA添加后無需設計伸縮縫。超長鋼筋砼結構無縫設計要注意運用后澆帶施工法，強化混凝土養(yǎng)護等問題。砼澆筑按照規(guī)范操作，現代科技發(fā)展對建材研究深入，膨脹劑研究成果可以應用于鋼筋砼施工，應用外加劑合理配比可控制預壓力，大型建筑工程施工常運用膨脹外加劑摻和。砼養(yǎng)護與強度相關，施工中要根據原材料等情況設置合理施工方案。

補償收縮混凝土設計具有一致性，約束膨脹率是補償收縮砼主要技術指標?；炷吝M行2周養(yǎng)護需在0.015-0.025%內限制膨脹率【7】。在后澆加強帶混凝土等特殊補位需在0.025-0.035%間限制膨脹率。針對墻體連接柱子擋土墻位置，可插入1.5-2m水平附加筋，如由于施工養(yǎng)護導致墻體開裂需在150mm內控制水平構造筋距離。按照工程情況進行膨脹加強帶選擇，按照2-3m為構件厚度帶寬，要求不間斷澆筑膨脹加強帶。澆筑砼嚴禁膨脹后澆帶內滲入其他位置砼，澆筑中不得使用潤管砂漿。無縫設計使用條件是為后澆帶進行收縮應力釋放伸縮縫，要無縫設計根據施工情況靈活使用。地下室立面養(yǎng)生難度較大，需以側面墻加強帶設置為主?？梢淮螡仓让鎵Γ_到抵抗收縮應力的目的。

4、超長鋼筋砼結構無縫設計施工關鍵技術

超長鋼筋砼結構無縫設計施工技術涉及建筑施工技術，外加劑作用機理等多個科技領域。中國建材科研院解決超長結構無縫技術問題，根據結構構成部位，配筋率等采用控制砼限制膨脹率，調整膨脹外加劑產量獲得不同預壓應力。采取延長模板留置時間養(yǎng)護方法，在超長施工下保證砼不產生貫穿裂縫。帶兩側設鋼絲網，施工中連續(xù)澆筑，采用全部砼提高膨脹劑摻量方案，伸縮縫間距可延長100m以上。

超長鋼筋砼結構無縫設計施工要做好準備工作，加強關鍵環(huán)節(jié)控制。施工準備工作需要落實組織措施。根據工程技術要求實施全員技術交底，施工管理是澆筑砼的關鍵，澆筑底板砼夏季施工采用商品砼對運輸澆筑等要求較高，現場建立項目經理為首，質檢員、調度員砼攪拌中心，監(jiān)理代表等組成現場領導小組，現場施工班組三班作業(yè)，確保施工順利開展。施工質量控制保障工作要加強原材料質檢，合理選用攪拌設備等施工機械。施工前對砂石水泥等外加劑原料進行質檢。開工前對攪拌設備，輸送泵等全面檢修保養(yǎng)。外加劑計量采用自動計量設備，保證原料配比符合施工要求。

混凝土澆筑注意避免其他部位進入膨脹后澆帶，澆筑砼前潤管砂漿棄置，嚴謹砼散落在未澆筑部位。作業(yè)面散落混凝土等吊出作業(yè)面外。膨脹加強帶處砼采用塔吊吊斗吊運，加強帶處超長無縫筏板砼澆筑在一側澆筑后進行。膨脹帶砼振搗棒可靠近密目快易收口網。澆筑混凝土至膨脹加強帶附近，使密目快易收口網保持距離不小于30cm。超長無縫筏板面粗鋼筋處易在初凝前早期塑性裂縫，避免成為混凝土缺陷，影響溫度收縮裂縫防治效果。終凝前用磨光機反復抹壓多次。膨脹砼充分濕養(yǎng)護發(fā)揮UEA砼的膨脹效能，建立嚴格的砼養(yǎng)護制度。混凝土收平后灑水濕潤。養(yǎng)護期噴灑霧狀水保持環(huán)境濕度在80%以上。

超長鋼筋他無縫設計施工注意跟進結構特點靈活運用伸縮縫，國內超長砼結構無縫設計施工要摻加復合膨脹劑等，將裂縫控制在無害范圍內，建議設計將墻體水平構造鋼筋配筋率提高0.6%。使之與補償收縮縫發(fā)揮作用。地下室側面墻暴露面積大，應設置加強帶以側面墻為主，結構構成將側面墻與頂板一次澆筑。樓板膨脹加強帶用密目快易收口網隔開，澆筑采用連續(xù)施工方法，澆筑到加強帶用大膨脹砼。在墻體施工中采用后澆膨脹加強帶施工方法，分段澆筑摻12%UEA的C50小膨脹砼。在砼澆筑2天后墻體頂部設置花管淋水養(yǎng)護。

5、超長鋼筋砼工程無縫設計施工措施

混凝土組成材料受到外因影響發(fā)生變化，產生裂縫主要原因包括結構次應力導致裂縫，變形應力原因，使用常規(guī)方法計算主要應力等。外部荷載應力原因可以從設計方面解決，變形應力引起裂縫是砼硬化中干縮導致體積變形產生裂縫。砼硬化體積干縮變形，降溫時基礎制約下內部出現拉應力，砼熱脹冷縮后體積漲縮易產生溫度裂縫。鋼筋砼抗拉強度較高，會出現較高的拉應力，通過給混凝土施加預應力可以補償拉應力。

現代建筑設計施工跨越多個學科，通常約束膨脹率優(yōu)化砼配比，提高鋼筋砼抗裂性能，膨脹外加劑常規(guī)摻和，>60m可用加強帶控制裂縫。將鋼絲網設于帶兩側防止混凝土滲入，不設加強帶使用砼增加膨脹劑比例。某建筑主樓地上16層，總建面51250㎡，主樓標準平面尺寸為A×B=120×29.8m，砼強度等級采用C3。上部結構長度超過標準分縫規(guī)范要求，結構設計采用樁基礎，通過恰當建筑措施解決分縫問題，如在樓板腹部通過設立長鋼筋等措施，采取外墻保溫等方法。鋼筋砼現澆樓板受狀態(tài)，受平面彎曲應力影響，需要考慮現澆構件分配內力等因素，鋼筋中上網上鐵應為II級機械接頭，板底鋼筋伸入至支座中心線，半夏不鋼筋彎折入梁內，注意樓板底板鋼筋不可跨中連接，板頂鋼筋不可與支座連接。

超長鋼筋砼工程無縫設計施工要注意后澆帶施工，增加預應力。施工中使用混凝土后澆帶，將沉降后澆帶設置于主樓地下室，施工中后澆帶使用高于結構體微膨脹混凝土澆筑。伸縮后澆帶在比鄰構件澆筑后2個月進行，保證其承載力。依據沉降結果決定后澆帶澆筑時間。后澆帶部位結構主筋不可在縫中裂開?？沽牙w維可吸收能量控制水泥內細紋，使砼抗折強度升級。混凝土內部纖維支撐體系可抑制內原生裂縫產生。增強骨料密度避免出現沉降裂縫。依據摻和配比適量在纖維與骨料中加水攪拌。架空層增加預應力，可通過主樓地下室頂板及屋面增設無粘結預應力鋼筋，施工中順建筑長向構造，選用鋼筋規(guī)格φ15.2.使用無粘結后張法，張拉后在無粘結預應力筋端涂刷環(huán)氧樹脂。

結語：

無縫設計是建筑工程超長鋼筋砼結構施工的重要技術，為確保超長鋼筋砼施工質量，需要做好無縫設計工作，規(guī)范施工工藝。超長砼結構溫度收縮縫控制是系統(tǒng)工程，需要采取綜合措施。建筑工程超長砼結構無縫設計施工中，計算溫度應力分布，設計中避免應力集中方案，采用后澆帶施工技術，在架空層增加預應力等措施預防裂縫產生。依據建筑工程情況采取施工方案，保證超長鋼筋砼結構無縫設計施工質量。

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（本文作者單位為中國一冶集團有限公司國際工程公司，湖北武漢，430080）