關于平面超長超大鋼筋混凝土結構的探討

王法政　張天池

摘 要：近年來，長大化和復雜化已成為建筑風格的發展方向之一，鋼筋混凝土結構也隨之出現了平面超長、超寬、布置形式多樣、豎向多層高層甚至超高層的特點，地下室結構也被經常采用，而且混凝土強度等級也不斷提高，再加上材料選擇及配合比設計的不合理、結構設計方案本身的缺陷、施工質量的波動和使用維護的不當等原因，以及泵送商品混凝土的廣泛應用，自身具有非勻質特性的混凝土結構出現裂縫的可能性就大大增加了。

關鍵詞：混凝土；裂縫

雖然混凝土結構在使用中允許出現不影響結構安全和使用功能的裂縫( 無害裂縫) ，但對于一些重要建筑和有特殊使用功能的結構部位來說，混凝土的裂縫( 有害裂縫) 是必須控制的。比如在地下水位以下的地下室出現裂縫將造成滲漏水，而結構出現較大的裂縫也必將影響其耐久性甚至安全性。

1 裂縫產生的原因

造成混凝土結構裂縫的原因是復雜多樣的，現從四個方面簡述如下：

原材料因素。混凝土是由各種具有不同自身性質的成分材料按照一定比例拌制而成的，各成分自身的性質對混凝土開裂的影響將是必然的。比如：水泥水化后的干縮、水化熱造成溫差應力、化學反應生成膨脹性物質，骨料的級配不良、自身巖質不良等。

設計因素。現行結構設計中的裂縫驗算是基于正常使用極限狀態進行的，即混凝土裂縫的寬度一般只是保證結構安全和滿足使用要求，設計中并沒有從根本上避免工程施工及使用階段裂縫的產生。而建筑風格的復雜化也給結構布置增大了難度，容易造成結構布置不合理，進而出現剛度突變、應力集中等不利情況，造成結構開裂。

施工因素。在施工中，配合比設計與控制，混凝土的攪拌、運輸、澆筑、振搗和養護等方面都會影響混凝土的質量及其變形性能，對混凝土裂縫的產生造成直接或間接的影響。

首先，混凝土所使用的主要材料和配合比設計應適應結構的相應要求，水泥品種與用量、水灰比大小、砂率的大小、各組分之間的相互適應性、以及混凝土的塌落度等必須滿足要求；其次，配合比設計和施工時的環境條件和材料情況肯定不會完全相同，比如氣候的溫度與濕度、組成混凝土材料的質量情況，施工中如不根據材料和環境條件及時調整，將造成混凝土質量的不均勻，或影響混凝土的強度，直接或間接造成對混凝土開裂的影響；第三，混凝土攪拌時組分材料計量不準確，使混凝土質量波動頻繁，容易造成混凝土的開裂；第四,混凝土澆筑時沒有針對結構特點的切實可行的澆筑方案，或不按方案與交底施工，以及在混凝土泵送中隨意加水，砼振搗不均勻、不密實，施工縫和細部處理不仔細，均會成為結構開裂的隱患；第五，水平結構表面抹壓次數少、時間把握不好，或過振后表面浮漿過多，均會造成表面不規則的裂縫,即龜裂；第六，對于體積較大的如大截面柱、大截面梁等構件，當環境溫度較低時,側模拆除過早將會使表面溫度降低過快而同時內部水化反應正處于高峰期，造成構件內外溫差過大而產生裂縫；第七，混凝土的養護( 特別是早期養護) 對于避免施工裂縫具有十分重要的意義，但施工中很多情況下對此重視不夠，尤其是豎向構件的養護更是不易到位。外界環境中的風吹、日曬加快了水分蒸發速度，也就增加了混凝土的干縮速度，容易造成混凝土表面的裂縫。

另外，在混凝土結構的施工中，模板系統和鋼筋工程的質量好壞也和混凝土產生施工裂縫有一定的關系。比如: 模板構造方案不當，造成模板及支撐剛度不足而下沉或變形，模板拼縫不嚴密造成漏水、漏漿,拆模過早等；局部鋼筋表面污染嚴重，保護層偏差過大等，這些都有可能造成混凝土結構裂縫的出現。

使用維護因素。據有關統計，很多結構是在澆筑完3～6 個月，甚至1～2 年內出現裂縫，這說明裂縫多數是在外荷載作用后才出現的，即為使用階段的裂縫。使用階段裂縫的出現除了與使用荷載有關外,環境的溫度、濕度變化以及風的影響也是重要的影響因素，因為"熱脹冷縮"是幾乎所有物體所具有的共性，尤其對于長大化的結構更為顯著。

所以，在建筑的施工和使用過程中，必須重視對新澆結構保溫保濕的維護工作。比如: 基礎及地下室工程具備條件后應及時進行土方回填，主體框架完成后及時進行砌體和屋面防水層、保溫層等圍護結構的施工，盡量避免混凝土結構長期的完全暴露在室外環境當中，避免和減小因"熱脹冷縮"而出現裂縫。

2 平面超長超大結構的成功實踐

某工程，平面呈不規則形狀，東西長154m，南北寬近100m，層高4.8m，柱網尺寸9m×9m，局部為12mm×12mm，首層和二層的單層建筑面積均約為15 000m2，三層以上每層的建筑面積銳減了一半左右。作為平面超長超寬的大跨度結構，設計中采用了無粘結預應力平板無縫結構體系，橫縱各一條補償收縮混凝土后澆帶和數條補償收縮混凝土膨脹加強帶，取得了良好的效果。

某工程設計采用的是有梁板框架結構體系，針對結構的變形與裂縫控制,設計中主要采用了以下措施: 基礎工程混凝土全部采用補償收縮混凝土并設置后澆帶；在首層和頂層水平結構中設置構造預應力于主梁( 有粘結) 和次梁( 無粘結) 中;在薄弱樓層和薄弱部位混凝土中摻加杜拉纖維以提高混凝土的抗拉性能；在每層水平結構中設置多條補償收縮混凝土后澆帶和膨脹加強帶。

3 平面超長超大結構施工的幾點建議

在此類結構施工中，應特別注意以下幾點： ①混凝土各組分摻量計量準確，保證混凝土質量的穩定；②保證混凝土振搗密實，不得欠振、漏振和過振；③在混凝土終凝前，用人工或機械進行多次抹壓，以防止表面龜裂的產生；④在最后一遍抹壓后隨即采取有效的保溫保濕措施，做好混凝土的養護；⑤后澆帶施工時必須將接縫處清理干凈并充分濕潤后再進行膨脹混凝土澆筑；⑥加強結構的維護和使用管理，避免溫差和風等自然條件對結構裂縫產生不利影響，避免使用不合理( 超載和損壞結構等)造成結構開裂。

隨著建筑結構向長大化和復雜化的方向邁進，混凝土結構的變形與裂縫問題變得越來越突出，如果解決得不好必將影響鋼筋混凝土結構的更進一步發展，也可能使鋼筋混凝土結構作為建筑結構方案的主流地位受到挑戰。鋼筋混凝土結構作為我國現階段經濟適用的結構方案，混凝土變形與裂縫的研究和控制已經顯得迫切起來，雖然裂縫產生的原因復雜多變，但隨著科學技術和分析、試驗方法的不斷進步，這一課題必將會不斷取得新的突破，這就需要建筑行業的全體從業人員發揮創造力與智慧，從原材料、設計、施工和維護等諸多方面共同探討和解決。