減小結構溫度荷載裂縫措施及對相關規范的理解

連興華 沈陽新大陸建筑設計有限公司

由于環境溫差的變化廣泛存在于自然界中，由溫度變化導致建筑結構產生“熱脹冷縮”的現象，使結構的不同部位產生不同的溫度應力。當溫度荷載引起的拉應力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就可能出現受拉裂縫。當裂縫繼續發展至一定程度（特別是超長結構），影響正常使用或影響構件的承載能力時，這類有害裂縫就是我們結構工程中盡量控制或者避免的。鑒于此，本文主要探討一些減小結構中溫度荷載裂縫的產生和發展的措施，和規范條文對于此方面規定的一些理解。

一、減小結構中溫度荷載裂縫的措施

（一）設置后澆帶

混凝土抗壓強度遠大于抗拉強度，一般混凝土的裂縫主要由混凝土收縮引起的，引起收縮裂縫的溫度荷載主要由環境溫差以及混凝土結構收縮當量溫差兩部分組成。混凝土的收縮是一種隨時間而增長的變形，結硬初期收縮變形發展較快，澆筑后2個月收縮完成約50%左右，至一年左右完成約95%。設置施工后澆帶是一種有效減小收縮當量溫差的辦法，施工后澆帶將大面積的混凝土結構分割成為約30～40m的若干小塊，使混凝土充分釋放了由于收縮引起的溫度應力，待釋放到一定程度后再封閉后澆帶，起到了節約鋼筋的作用。

（二）控制后澆帶封閉時環境溫度

后澆帶封閉時環境溫度對溫度荷載的取值影響很大，因為環境溫差就是取封閉后澆帶時候的環境溫度與施工或使用階段的最高、最低溫度的差值，對環境溫度變化不是十分敏感的混凝土結構可取封閉后澆帶當月的平均氣溫。而溫度荷載裂縫主要由降溫過程中混凝土“冷縮”引起的，控制降溫溫差就成為一個減小裂縫的主要措施。故封閉后澆帶時間在北方采暖區一般可選為環境溫度較低的冬歇期前后的十月或四月份，在南方非采暖區可選為環境溫度較低的十二月至二月份。

（三）從材料方面采取減小溫度荷載裂縫的措施

首先要控制粗、細骨料中的含泥量，含泥量過大會降低混凝土骨料界面的粘結強度，會在混凝土中形成不封閉的氣孔，從而導致結構易開裂；其次，要控制水泥當中的堿含量，防止堿骨料反應，致使混凝土發生體積膨脹呈蛛網狀龜裂。

二、對規范中超長混凝土防裂措施的理解

除了以上措施，還可以在結構溫度應力較大區域設置防裂鋼筋網。《高層建筑混凝土結構技術規程》[1]第3.4.13條、《混凝土結構設計規范》[2]第8.1.3條、沈陽市地方規范《超長混凝土結構防裂技術規范》[1]第5.1.12條都提出了一些增加伸縮縫間距（即結構長度一定時減小溫度荷載裂縫）的措施。除去一些控制施工、材料的方法，僅從增加配筋方面考慮，主要提到了頂層、底層、山墻和縱墻端開間等部位提高配筋率，以及超長方向的中部樓板應增加溫度鋼筋。下面以一個單方向超長的混凝土框架結構為例，橫向寬24.3m、縱向長81m，8.1m×8.1m的柱網，頂板厚250mm，荷載僅考慮-10℃的降溫綜合溫差，分析結構如下：

由圖1可知沿超長方向從兩端到中間框架柱變形逐漸減小，即溫度荷載引起的框架柱附加彎矩逐漸減小，故端開間山墻（柱）及縱墻需適當提高受力鋼筋配筋率。

由圖2、圖3可知沿超長方向從兩端到中間板頂拉應力逐漸增大，類似于拔河比賽，繩子中部所受軸力最大；而端部應力變為壓應力且有增大的趨勢，這是因為端部框架柱變形引起框架梁受彎進而導致板端負彎矩較大。故超長方向樓板中部和端部均應增大配筋。但中部是由于軸拉力較大，板抵抗溫度荷載配筋可均勻分布；而端部是由于彎矩引起的，板抵抗溫度荷載的配筋應主要集中到板底。

三、結語

工程中常常出現一些因設計施工等問題所引起的超長混凝土結構開裂問題，本文通過列舉一些常規用于減小因溫度荷載而導致混凝土結構開裂的方法，并且通過模型分析，加深對規范控制溫度荷載裂縫相關條文的理解。

圖1 Midas Gen模型及沿XYZ三個方向變形圖

圖2 沿X向板頂局部應力值（MPa）

圖3 繞Y軸頂板局部彎矩值（kN·m）