刍议混凝土结构设计抗裂措施

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　　摘要：随着社会的发展与进步，重视混凝土结构设计具有重要的意义。本文主要简单介绍混凝土结构设计抗裂措施。
　　关键词混凝土 结构 设计 抗裂 措施
　　引言
　　混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，它是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。关于混凝土强度的微观研究以及大量工程实践所提供的经验都说明：结构物的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们应该接受的材料特征。如对建筑物抗裂要求过严，必将付出巨大的经济代价；科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内。混凝土结构物产生裂缝，是结构物的承载能力、耐久性、防水性等的各种性能下降的主要原因；其对策的重要性直接影响到结构物的耐用年数，以及能否达到设计要求的服役年限。按我国有关规范设计的工程，有相当数量的混凝土构件配筋量是由裂缝控制决定的，裂缝控制是制约工程质量和建设成本的一个重要因素。混凝土裂缝产生的原因很多，基本上裂缝的发生与混凝土原材料、设计、施工的环境条件和施工工艺、结构的使用和维护等密切相关。结构设计是首位，不仅要保证设计的结构具有足够的强度和强度储备，而且针对不同的结构应采取相应的抗裂措施。
　　1、混凝土抗裂性能评估原理
　　混凝土的非荷载变形开裂，与长期干燥收缩变形密切相关，因此混凝土的抗干缩开裂性能需要长期的观察和测试，无法获得即时结果以满足实际应用的要求。但混凝土早期塑性收缩裂缝与后期混凝土干缩裂缝的产生及其抗拉强度密切相关。许多研究者认为，混凝土结构非荷载变形裂缝的产生在相当程度上由早期的微缺陷导致。混凝土是典型的非均质材料，本身就存在大量的微缺陷，而由于施工养护不当，早期塑性裂缝的产生将大大增加混凝土中微裂纹的数量，这些微裂纹提高了混凝土内部的应力集中系数，降低了混凝土的抗拉强度。伴随混凝土后期干燥收缩的发展，这些微裂纹在内外应力的作用下，将不断发展为更大的裂纹，以至最终形成贯通的毛细孔和裂缝，由不可视裂缝发展为可视裂缝。因此，在一定意义上，混凝土的早期塑性收缩及由此产生的塑性微裂缝决定了混凝土后期裂缝的产生和抗裂能力。
　　采用加快混凝土失水速度的方法，考察混凝土塑性收缩开裂情况，可以较客观反映混凝土的长期抗裂性能。同时，试验方法简单易行，试验条件容易稳定，相对评价混凝土长期收缩开裂采用的圆环试验、开裂试验架等方法，测试周期短，也方便对不同混凝土的抗裂性能进行精确评价。
　　2、抗裂设计的安全度
　　工程建筑抗裂设计的安垒度应从工程的重要性．工程的超长规模以照经济条件考虑。据此，我们可以将工程建筑抗裂设计的安全度要求分为三级：低要求，中等要求，高要求。由于使用者对工程建筑的要求越来越高，业主应考虑工程出现裂缝后的影响。做出判断，选定合适的抗裂设计安全度要求。
　　2.1临时建筑或不超长的混凝土工程―――低要求(50～75％)
　　对这些工程可以按普通棍凝土要求设计，施工，可以币用膨胀剂或纤维，但对防渗有要求时，则耍用适当的防水剂或膨胀剂。
　　2.2一般的超长结构物――中等要求(75～90％)对这些工程可用膨胀混凝土或用纤维混凝土．适当致后浇带。
　　2.3对重要的构筑物或特别超长结构物(1‰以上)――高要求(90一95％)对这类工程可用纤维复合膨张混凝土，这样可以确保工程结构物的安全不开裂)。
　　3、结构设计时采用的抗裂措施
　　1)混凝土原材料的选择。
　　要控制混凝土的开裂，需要从原材料的选择出发，原材料选择的正确与否，直接影响到混凝土的开裂。由于混凝土自身的特性，水灰比过大，水泥用量大，外掺剂保水性差，粗骨料少，用水量大，振捣不良，环境气温高，表面失水大(养护不良及吸水砖模)等都能导致蝮性收缩表面开裂。自20世纪初起，为了减小水化放热产生的影响，开始采用掺火山灰的办法，30年代又开发出低热水泥。利用加大粗骨料粒径、非常低的水泥用量、预冷拌合物原材料、限制浇筑层高和管道冷却等措施，进一步获得了降低水化温峰、抑制热裂缝的效果。因此从选择水化热低的水泥，控制水灰比，减少水泥用量和用水量，添加适当的外加剂等措施以控制混凝土的开裂。例如，超长的地下室结构外墙应选用补偿收缩混凝土，即在混凝土中掺入UEA，HEA等微膨胀剂，以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值不小于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。普通硅酸盐水泥外掺粉煤灰可有效控制早期和长期收缩开裂。以下为墙面的抗裂设计图：
　　2)提高结构自身承载力。
　　在结构设计过程中，有时虽然梁板的承载力和挠度均在规范允许之内，但相对承载力较小，挠度较大，这便容易引起因为挠度偏大而产生的结构裂缝。这种情况须加大梁截面或板厚、提高结构配筋率以提高结构的强度储备来控制裂缝的产生。长期来讲，由于混凝土自身随时间的强度劣化和环境对混凝土的风化和侵蚀，混凝土结构的承载力会逐渐降低；由于承载力的降低会引起混凝土的开裂。因此，混凝土结构设计时，要考虑到混凝土的劣化，混凝土强度必须有一定安全储备，才能保证结构有足够的安全性和耐久性。
　　3)减小地基的不均匀沉降。
　　因为建筑物地基的不均匀沉降而引起的结构裂缝的事例不多，位于采空区的建筑物易发生。此时需加强基础的整体性，以减小地基不均匀沉降对结构的影响，比如独立基础时设置拉梁，或采用筏板基础，或采用箱形基础。如果地基土本身软硬不均，除采取上述措施外，还可以采取局部换土或加大基础底面积的措施。柱下独立基础或桩承台，当设置拉梁时，由于各独立基础或桩承台之间的沉降差，会造成拉梁两端的开裂，而且在有些工程中开裂还非常严重。此时建议在拉梁两端各设一道后浇带，如果地质条件较好可设一道或不设。
　　4)地下室墙体裂缝的控制。
　　a.采取“抗裂”的设计原则，控制裂缝发生。在墙板顶部和腰部设两道暗梁，并适当增设暗柱，以起到“模箍作用”；适当增加墙板钢筋，尤其是水平构造筋的配筋率应适量提高。
　　b墙体与大柱连接处截面尺寸应缓慢变化，以避免温差梯度的突变，建议采用下面类似做法，以防止收缩应力变化产生裂缝。
　　c.为了防止墙体早期砼出现收缩裂缝，在墙体中设置适当数量的后浇带，后浇带设置间距15～25m，留置宽度800-1000mm，保留时间为40～60天，在建施工的一幢27层高层建筑，地下室墙板施工已近两年，未出现裂缝。墙板留置后浇带就是减少约束，释放温度收缩应力，给墙体有一定的伸缩自由。
　　d.平面形状特征为外墙直线段少，直线段长度短，且构造柱基本上与墙体分开，墙体外约束及强约束基本上没有，内部约束大都为有利伸展的曲线分布，这也是墙体未出现裂缝的重要因素之一。
　　e.进行砼配合比的试配试拌，采用水化热低收缩性小早期强度高的硅酸盐水泥作胶结料，粗骨料级配好，中粗砂含泥量小，掺早强缓凝型泵送剂，严格控制砼水灰比和搅拌时间，为墙体施工提供高质量的砼拌料。
　　5)设置后浇带。
　　后浇带是为在现浇钢筋混凝土结构施工过程中，克服由于温度、收缩等而可能产生有害裂缝而设置的临时施工缝。后浇带通常根据设计要求留设。并保留一段时间（若设计无要求则至少保留28天）后再浇筑，将结构连成整体。
　　随着社会的发展，超长建筑越来越多，而且很多因为建筑功能和美观不让设伸缩缝，这便需要结构专业采取措施来解决混凝土的收缩应力和温度应力引起的结构变形和裂缝。一般做法即是设置后浇带：每隔30 ～40 m设置一道，在45 d～60 d后浇筑。
　　6)楼板双层双向配筋。
　　超长建筑物、高层建筑的屋面板、不做保温的屋面板，均会产生很大的温度应力，势必会形成温度裂缝。加厚板厚且受力钢筋双层双向配筋能有效的解决温度应力对裂缝的影响，但钢筋间距不宜过大，一般不大于150 mm。或加厚板厚但受力钢筋不通长设置，在受力钢筋外侧设置双层双向的@150的钢筋网片。
　　7)必要厚度的保护层。
　　混凝土结构中，钢筋与混凝土共同工作，足够的配筋是保证混凝土结构承载力的必要条件；钢筋在混凝土中良好锚固是钢筋与混凝土能共同工作的保证。因此，钢筋需除去泥土、油污、锈蚀，使之与混凝土良好的结合，以保证混凝土对钢筋的握裹力。否则，钢筋锈蚀会逐渐导致混凝土出现顺钢筋的裂缝，裂缝发展会导致混凝土剥落开裂，这种裂缝不但破坏混凝土对钢筋的握裹力、破坏钢筋的锚固，还会加速钢筋的锈蚀。如此发展下去使结构的承载力下降，耐久性降低。甚至危及结构的安全。混凝土结构设计规范中指出，当混凝土保护层厚度较大时，虽然裂缝宽度计算值也较大，但较大的混凝土保护层厚度对防止钢筋锈蚀是有利的。因此，要有必要厚度的保护层使钢筋与外界隔绝，避免此种情况的发生。
　　4.结束语
　　混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，混凝土裂缝产生的原因也很多，在结构设计过程中就需要根据不同的结构形式和不同的结构构件预判可能出现的裂缝，再根据不同的可能出现的裂缝采取相应的预防措施。只有从设计、施工到建筑的使用和维护的每个环节对混凝土结构的裂缝问题引起足够的重视并采取正确的预防措施，才能更有利于保证建筑物的承载能力、安全性和耐久性。
　　参考文献
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