超長結構設計與施工

一、前言：

目前，隨著我國建設規模的不斷擴大，各種形式的建筑層出不窮。有些建筑根據多功能需要，體型龐大，總長度有的可達幾百米，甚至有些建筑長寬方向同時超過百米。如北京西站主樓336m×102m，東西樓179m×104m；福州長樂園國際機場航站樓全長1034m，主樓地下室348m×36m，北京昆侖飯店長220m……這些超長結構，由于鋼筋混凝土或砌體等承重結構主體施工完成后，隨著強度提高，水分蒸發在其內部產生較大的收縮應力，而且隨著長度的加大，這種收縮應力更加明顯。

二、鋼筋混凝土超長結構設計方法：

1、根據《混凝土結構設計規范》，在規范允許的長度內并在使用方便處設置溫度縫。將超長結構加以分割，以此保證混凝土收縮應力不致使結構產生肉眼可見裂縫。這種方法的優點是結構合理、安全；缺點是使用不一定方便、造價高。

2、設后澆帶，將結構分成若干段，每段間留800寬后澆帶，待混凝土澆注完成二個月后，用高于其它位置C0.5的膨脹混凝土，將后澆帶灌實。這種處理方法原則是：“抗放兼備、以放為主”。因為普通水泥混凝土存在收縮開裂問題，后澆縫的設置就是把大部分約束應力釋放出來，然后以膨脹混凝土填縫來抗衡殘余收縮應力。這種設計，規范中已經列出，且廣泛應用于超長不設縫的工程中。但該種處理方法對后澆帶清理、鑿毛、施工模板周轉、降水、施工管理費用都帶來許多麻煩。

3、無縫設計：無縫設計的思路是：“抗放兼備、以抗為主”，也即利用UEA補償收縮混凝土作為結構材料，在硬化過程中產生膨脹作用。由于鋼筋鄰位約束，在結構中建立少量預壓應力。考慮結構強度及安全，膨脹不能太大，硬化在14天基本結束。UEA替代水泥量10～12%范圍內，對強度不影響。其膨脹率ε2=2～3×104，在配筋率μ=0.2～0.8%內可以在結構中建立0.2～0.7MPa預壓應力，這一預壓應力大致可以補償在硬化過程中產生的溫差和干縮拉應力。從而防止收縮裂縫或把裂縫控制在無害裂縫范圍內。經實驗得出的結論，一般混凝土收縮應力產生裂縫間距都在40～60m之間，一個裂縫產生的間距設一膨脹加強帶，寬度2m，帶的兩側鋪設密孔鐵絲網，并用主筋（φ8@50）加固。目的是防止混凝土流入加強帶。施工時帶外用摻10～12%的小膨脹混凝土，澆注到加強帶時，摻14～15%UEA的大膨脹混凝土。其強度等級比兩側的高C0.5等級。到另一側時又改為澆注摻10～12%UEA混凝土。如此循環下去，可以連續澆注100～200m超長結構。這種方法主要用于地下室底板等對于裂縫要求較高的結構部位。此時必須加強養護，以防止出現干縮裂縫。對于裂縫要求一般的結構（如樓板），縫以外用摻8～10%UEA，其它施工方法同前。此方法優點是，模板可以周轉，加快樓面施工進度。由于樓板厚度較小，加強帶兩側可以用模板隔離。

4、設后澆加強帶：在養護較困難，受風速和大氣溫度影響大，面積大的部位，裂縫要求高的結構部位（如地下室側墻）容易出現收縮裂縫，此處施工應采用后澆加強帶（2m寬）。方法為先分段澆注摻10～12%UEA的混凝土，養護14天后，用摻14～15%UEA強度較相鄰部位高C0.5的混凝土回填。此方法與傳統后澆帶設計相同之處是都設鋼板止水帶。不同之處是后澆加強帶的帶寬為2m，回填用大膨脹混凝土，回填縫時間14天，而傳統后澆帶為60天，可以提前45天完成。

三、混合結構超長處理：

1、以抗為主方法：《砌體結構設計規范》中給出混合結構長度限值在50m（整體或裝配整體式結構），60m（裝配式結構）。設計時，對于超過該限值不太大（一般不超過8m）的結構，可以根據建筑物所處環境情況采取措施不設縫。采取措施的目的是削減溫差及收縮應力等產生裂縫的因素。具體方法是加大圈梁縱向鋼筋配筋率；加厚屋面保溫層；外墻貼外保溫材料。

2、對于超長較大的結構，應按規范要求，設計溫度縫。因為混合結構與鋼筋混凝土結構從材料的受力特點來講有本質區別。鋼筋混凝土結構水平方向及豎向受力構件都是同種材料，鋼筋混凝土結構可以采取措施同時保證水平豎向構件不開裂。故對較長結構，通過對混凝土進行處理即可達到其抵抗收縮應力的目的。混合結構即使將水平方向的樓板處理得不開裂，但豎向構件也是無法保證的。因為豎向構件是砌體，其彈性變形能力要遠遠小于鋼筋混凝土。其抗裂性能很差。后澆帶及膨脹帶只能解決水平方向裂縫問題，不能解決砌體本身的收縮應力補償。從安全角度考慮，設溫度縫是最穩妥的方法。

四、注意事項：

1、做結構方案應根據建筑平面布局靈活設溫度縫、后澆帶、加強帶、膨脹加強帶。沉降縫是由于沉降量不同而設置的，故不能取消。對于兼有沉降功能性質的后澆帶也不能取消。UEA加強帶的性質是以較大的膨脹應力補償溫差（包括干縮）收縮應力集中的地方，所以它可以取消后澆帶，加強帶的間距可以控制在40～60m之間。

2、地下室外墻防裂構造應注意問題：⑴當柱子剪力墻連在一起時，由于柱子截面和配筋之比都比墻大很多。往往在相連部位出現過大的應力集中而開裂。為分散應力，應在此處加水平筋φ8～φ10@200，插入柱子內20cm，墻內80cm（共100cm）。⑵墻體易開裂的原因是多方面的，但受力鋼筋過多，而抵抗豎向裂縫的水平構造鋼筋偏低占很大比例。按規范剪力墻最小配筋率為0.2～0.25%。工程實踐表明，由于墻體一般拆模較早，養護困難，受溫度影響較大，水分蒸發速度快，容易開裂。為了控制溫差和干縮引起的垂直裂縫。墻體的水平構造筋的配筋率不應小于0.5%并使用螺紋鋼筋。鋼筋間距不宜過大，采用φ10～φ16mm。鋼筋采用150mm間距是比較合理的。墻體厚度30～50cm。從構造上提高混凝土的極限拉伸及抗拉強度可有效提高抗裂作用。UEA補償收縮混凝土的抗裂防滲功能要與水平構造鋼筋相適應，共同承擔抗衡收縮應力。UEA混凝土作為結構自防水，可以省去外防水作業。因此，適量增加水平構造鋼筋和墻體厚度在經濟上是合理的。

五、結語：

結構方案設縫與否、設后澆帶或加強帶要根據結構平面靈活掌握，盡量做到經濟合理、方便施工、方便使用。對超長較大的混合結構按規范設縫，超長較小的混合結構采取以抗為主的加強措施，保溫措施，取消縫的設置。對于鋼筋混凝土結構的底板、樓板可以用膨脹加強帶取代后澆帶連續澆注混凝土。加強帶設在40～60m之間。對于地下室外墻可用后澆加強帶，間距30～50 m。分段澆注墻體，14天后再用UEA膨脹混凝土回填。對于變截面大的墻體、柱之間要增設水平加強筋。墻體水平方向配筋率宜大于0.5%，適當增加墻體厚度，以提高抗裂能力。對于沉降縫及有沉降性質的后澆帶應嚴格按要求設縫或后澆帶。只要我們靈活掌握運用縫的處理方法就會使我們的設計更加合理、經濟。