淺談混凝土結構溫度收縮裂縫的設計要點

呂亞鵬

河南龍成工程技術有限公司（450000）

0 前言

裂縫在混凝土結構的較為普遍,類型也很多，但按成因基本可歸結為兩大類裂縫:荷載裂縫和變形裂縫。在工程實際中最常見的是變形裂縫，主要由由混凝土收縮和溫度變形引起。隨著建筑向大型化和多功能發展,超長高層或大柱網建筑不斷出現，混凝土強度等級的提高，施工中泵送混凝土工藝的應用，使混凝土結構易出現的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。

針對這一情況，根據多年的工程設計實踐和體會，對防止和減輕混凝土結構溫度收縮裂縫的設計措施提出一些建議,供設計人員參考并能有所啟發。

1 溫度收縮裂縫的基本特點

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

1.1 收縮變形的特性及影響因素

一般混凝土最終收縮應變約 3×10-4～5×10-4，其特點是早期收縮快，半年可完成第一年收縮量的80%～90%，一年后仍發展但已不明顯。其影響因素主要有混凝土強度等級，水泥品種，水灰比，坍落度，養護（保溫，保濕）和體表比。

1.2 溫度變形的特性及影響因素

混凝土溫度線脹系數一般為1.0×10-5/C°，其變形隨溫差而變化，一般發生在混凝土結硬一直到房屋使用期間。其影響因素有季節溫差，內外溫差和日照溫差。

1.3 溫度收縮裂縫的基本特點

1）該裂縫由收縮和溫度變形共同產生，其分布一般為收縮和溫度兩種裂縫的組合，隨環境濕度和溫度而變化，隨時間而發展，裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴重。

2）根據具體工程裂縫出現的時間、發展與變化、以及分布、形狀、尺寸等特征。一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主，實際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫，一般發生在混凝土澆筑后一年內，但多見半月至數月之內。

3）主要影響的部位及構件是底層和頂部數層梁板構件以及基礎梁、挑檐、欄板等外露構件。

4）梁板裂縫呈現不同分布和特征，梁縫一般垂直于縱向，分布在兩側面，兩頭細、中間寬、棗核形。裂縫為表面，深進或貫通。單向板縫等間距平行于短邊。雙向板縫較重于單向板縫，兩個方向板縫縱橫交錯，不規則，縫多為貫通，板面縫一般寬于板底縫。

2 防止和減輕混凝土結構溫度收縮裂縫的設計建議

2.1 設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的措施

1）有效設置后澆帶。后澆帶是列入高規中的一種目前設計人員常采用的方法，它利用了混凝土早期收縮量大的特性，其設計思路是“以放為主”。主要作用是釋放早期混凝土收縮應力，減小以收縮為主的變形。

2）針對性地采取控制和抵抗溫度收縮應力的措施:①加強屋面保溫隔熱措施，采用高效保溫材料，嚴格滿足建筑節能設計標準；②屋面板、外廊板，陽臺板等外露室外現澆板（含施工期間主體暴露時間較長的室內現澆板）以及板跨大于4 m且采用泵送混凝土的雙向連續板等溫度收縮應力較大的板,均應在板面（即板的受壓區）配置不小于φ6@200雙向鋼筋網片，或支座鋼筋隔一全跨貫通，但間距不宜大于200 mm，每一方向配筋率不宜小于0.1%.以上板在有受力鋼筋處，實配鋼筋尚應考慮溫度收縮應力影響予以適當增大；③框架梁及所有現澆梁凡高度≥600者（外露梁高度≥500）均設置不小于2φ12腰筋。腰筋宜細而密，間距不應大于200 mm，每側腰筋配筋率不宜小于0.1%；④檐口板，外露欄板應雙面雙向配筋，上下端頭各配≥2φ10溫度抵抗筋,并每隔15～20 m設置一道20 mm溫度伸縮縫;⑤控制現澆板混凝土強度等級不宜大于C35。后澆帶列入高層規程后已在大量工程中廣泛使用。前已述及，其主要作用是減小混凝土早期以收縮為主的變形。因此，超長混凝土結構溫度收縮裂縫的預防不能僅靠設置后澆帶來解決,必須采取上述“放”“防”“抗”相結合的綜合措施。防止和減輕混凝土結構溫度收縮裂縫目前仍然應首先或主要采用設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的綜合措施。考慮目前混凝土溫度收縮裂縫的趨于增多以及超長混凝土結構的抗震性能。建議采用上述綜合措施，房屋總長宜控制在120 m內。

2.2 采用UEA補償收縮混凝土

由于后澆帶延長工期，鋼筋斷后的搭、焊接和清理鑿毛均給填縫施工帶來一定麻煩，處理不好將留下隱患，因此中國建筑材料科學研究院游寶坤等人提出了采用UEA加強帶取代后澆帶連續澆筑超長建筑的無縫設計施工方法。

由于這種方法，規范未列入，施工要求嚴，氣候環境影響大，潮濕地區膨脹可保持，干躁地區會存在問題。最好在有條件保濕養護的地下結構中采用。也可考慮在建筑長度70m以下，設置后澆帶后影響工期的工程上試用，另外特別提請施工時要嚴格保濕養護。

2.3 采用預應力混凝土結構

預應力混凝土可增強梁板剛度，梁板中所產生的預壓應力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產生的軸向拉應力，從而達到擴大溫度伸縮縫間距不設后澆帶的目的。當為滿足建筑層高要求而采用該技術時，可考慮在采用必要的控制和抵抗溫度應力的具體措施后增大溫度伸縮縫的間距，但應結合工程收集資料具體分析。

3 結語

1）溫度收縮裂縫混凝土結構中較常見且日趨增多的裂縫，由于該裂縫的危害性及規范的局限性，設計人員應予以足夠重視。

2）“設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的綜合措施”注重結構概念設計，對裂縫采取“放”“防”“抗”相結合的構想。

[1]JGJ3-91,鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程[S].

[2]王赫主編.建筑工程事故處理手冊[M].中國建筑工業出版社,1998,8.

[3]游寶坤,等.超長鋼筋混凝土結構UEA無縫設計施工[J].建筑結構,1998.