建筑工程結構轉換層施工的裂縫控制措施

摘 要：建筑結構轉換層采用混凝土施工方法，而在混凝土的結構裂縫現象當中，溫度應力是主要的原因之一。混凝土結構一旦產生裂縫，就會出現滲水和漏水的現象，對混凝土結構的整體性、耐久性和穩定性產生不利的影響，甚至對整個結構的安全產生惡劣的影響。因此，我們需要在對結構轉換層施工裂縫產生原因分析的基礎上，從各個角度制定措施控制裂縫的產生。

關鍵詞：建筑工程；結構轉換層；施工裂縫

1 建筑工程轉換層的結構形式

隨著建筑功能需求多元化，建筑結構通常分為上下兩個部位，上層部位為居住或者辦公的房屋，一般為大開間，下部為商業鋪面，為大空間。上層和下層的中間，必須設置能夠承托上層壓力的框架，譬如梁式轉換層、板式轉換層、桁架式轉換層、空腹桁架式轉化層等。據悉，目前我國國內采用梁式轉換層的建筑大約有92%左右，轉換層由鋼筋、預應力、勁性鋼筋混凝土等，其中采用鋼筋混凝土的結構轉換層最多。結構轉換層框架剪力墻的結構形式如圖1所示：

圖1 建筑結構轉換層框架剪力墻的結構形式

雖然目前國內很多建筑的轉換層都采用了鋼筋混凝土模式，但為了不影響混凝土澆筑的時候影響樓層往上的施工效率，國外采用了混凝土模板掛在鋼結構上面澆筑的方法，有效地解決了這個問題。因此可以斷定鋼結構和混凝土組織的梁式轉換層模式，將是未來高層建筑結構轉換層采用的主流模式。

2 建筑工程結構轉換層裂縫產生原因分析

建筑工程結構轉換層裂縫產生原因如下：

2.1 混凝土干燥收縮

混凝土在沒有飽和空氣的環境中，由于水分損失而引起體積縮小變形，尤其是對于早期的混凝土，干燥收縮和總收縮的比例很大，所造成的危害性也很大。一般情況下，養護環境對干燥收縮的影響最大，主要是因為混凝土在硬化的期間需要進行水分的連續補充，水泥中的凝膠體吸收了水分之后，會使得混凝土出現膨脹，另外已經干燥的混凝土再次吸收水分之后，原來干縮變形的部分會消失。如果養護混凝土已經完全水化，再干燥過程中，也產生大量的碳化現象，水泥砂石將停止濕脹。混凝土干縮量在初期收縮的速度比較快，之后就會緩慢下來，而且長期收縮的混凝土，一部分混凝土會出現碳化收縮現象，干縮的流程如下：

（1）15天之內完成的，20年收縮量大概為25%左右；（2）90天之內完成的，20年的收縮量大概為40%左右；（3）1年之內完成的，20年收縮量大概為78%左右。

在標準的狀態之下，混凝土的極限收縮相對值計算公式如下：

該公式式中，？著y（t）代表的是以天為單位，任何時間混凝土的收縮量；M1M2......Mn代表的是各種不是標準狀態的修正系數。

在混凝土成型之后，水分開始被蒸發，由表到內混凝土開始干燥，因此混凝土內部的約束力會抵抗外部收縮變形產生的應力，當混凝土的養護不當，表面受到外界氣候影響，水分的蒸發速度會逐漸加快，從而出現收縮裂縫。尤其是早期的混凝土，其強度比較低，比較容易出現開裂的現象。

2.2 混凝土徐變裂縫

結構轉換層的混凝土新澆筑以后，如果彈性的模量比較小，則徐變會相對較大，這時候溫度升高對壓應力的影響程度不大。但在混凝土澆筑一段時間之后，表面的散熱速度會隨著加快，截面的內部和外部會出現溫度差，表面所產生的溫差收縮變形，會受到內部的約束。混凝土的彈性模量和徐變成反比，混凝土表面的拉應力越大，裂縫就越明顯。混凝土表面產生的裂縫不會呈規律狀態分布，寬度對溫度的變化比較敏感，冬天的時候裂縫寬度較大，夏天的時候裂縫寬度較小，溫度裂縫在結構截面上呈現上面部位寬而下面部位窄的形狀，如果上面部位和下面部位的邊緣區域中配筋的數量比較多，裂縫中間的寬度會比較大，而兩邊會比較窄，裂縫呈棱形形狀。澆筑時間超過28個小時的混凝土，上層老混凝土的最高平均溫度和下層新澆筑混凝土實際平均溫度的差，就是我們常說的上下層溫差。之所以會產生上下層溫差，主要是因為老混凝土澆筑的時間比較長，內部的水化熱基本散發完畢，而下層新澆筑混凝土的溫度比較高，因此之間必定形成比較大的溫差，從而產生拉應力，當拉應力大于老混凝土的約束力，就會出現混凝土開裂。

3 建筑工程結構轉換層裂縫控制措施

以上文的裂縫控制產生原因分析為基礎，筆者針對性制定裂縫控制的措施，以提高結構轉換層混凝土的穩定性：

3.1 混凝土材料的配合比控制

混凝土材料配合比控制，包括拌合水、水泥、骨料、外加劑等的控制，具體內容如下：

3.1.1 拌合水。如果水的溫度改變15℃，而混凝土組成的其他材料溫度保持恒定，則混凝土溫度改變量大約為2.9℃；如果用同等重量的冰代替同等重量的水，則混凝土的溫度可改變1℃左右。因此，混凝土攪拌的時候，通常借助制冰機降低水的溫度，從而降低攪拌后混凝土的溫度。

3.1.2 水泥。水泥溫度的改變和混凝土溫度的改變呈現比例為10：1，盡管混凝土攪拌物當中的水泥含量只有10%-15%左右，但對混凝土溫度的影響還是很大，而且水泥的水化熱反應，所產生的溫度是混凝土裂縫造成重要原因。因此，在混凝土攪拌的時候，除了使用水化熱反應較低的水泥，還可以在水泥中摻雜適量的沸石粉，以減少水泥的用量和控制水泥的水化熱。

3.1.3 骨料。骨料在混凝土組成材料中的比例為75%左右，因此，骨料的溫度出現變化，混凝土的溫度也勢必受到比較大的影響。骨料溫度升高2℃，則混凝土的溫度也隨著升高1.3℃，因此骨料的保管要將溫度控制在最低，并保持足夠的含水量。

3.1.4 外加劑。混凝土中外加劑的用量少，因此不會引起混凝土溫度較大的波動，而且混凝土可以減少拌合水和水泥對混凝土溫度的影響，在拌合水和水泥用量當中加入外加劑，降低水灰比和代替水泥用量，有利于減緩混凝土溫度升高的速度，并且改善混凝土的和易性，間接性降低混凝土的溫度。

3.2 混凝土配置及配合比

首先我們要對混凝土進行適配，旨在提高混凝土的和易性、強度、凝結水平和耐久性，除了要考慮拌制因素，還要綜合運輸的條件、氣候溫度的變化、施工條件差異等因素。關于混凝土的試配，我們需要確保混凝土實際強度高達設計強度要求的95%左右。其次是控制混凝土的水灰比，降低混凝土的水化熱程度，通常需要控制在0.35以下，而且混凝土的強度越高，水灰比就要控制得越低。水灰比的控制是在滿足混凝土和易性的前提下，通過在拌合料中摻加適量的減水劑和其他混合材料，減少水的用量和降低水泥的水化熱，從而有效控制裂縫的產生。再次是控制混凝土中的含水量。混凝土含水量的控制，包括砂石含水量的控制，通過測定的方法，確定含水量，然后從水量中扣除掉，在配料的過程中，要使用自動稱量的裝置，使用自動的含水量檢測儀器，對攪拌用水進行自動調節。

3.3 混凝土澆筑時裂縫控制

首先是原材料的預冷卻。混凝土澆筑的時候，水泥水化熱的程度和溫度成正比關系，一般情況下，混凝土澆筑的溫度提高10℃，混凝土內部的溫度就會增加5℃左右。在混凝土剛開始澆筑的時候，澆筑的溫度和內部的溫度相差很大，大約相差20℃左右，但隨著澆筑的進行，內部的溫度不斷的增高，因此，我們有必要預冷卻混凝土的原材料，以降低混凝土澆筑的溫度。其次是預埋水管通道。為了確保冷卻水能夠進入混凝土的內部并降低溫度，我們需要在混凝土的內部預埋水管通道，以便在混凝澆筑過程中和澆筑完畢后，將冷卻水通入混凝土的內部，減少混凝土水泥早期的水化熱程度。再次是保溫措施。結構轉換層的混凝土產生溫度裂縫，最主要的原因是混凝土內部存在溫度梯度，特別是在混凝土接近冷卻水平的時候，混凝土表面和內部的溫差就會形成溫度梯度，由此產生的拉應力，遠遠大于混凝土最大的抗拉強度，從而造成混凝土裂縫產生。因此我們可以采用表面保溫的方式，降低混凝土內外的溫度差異。

3.4 混凝土養護時裂縫控制

高層建筑結構轉換層混凝土澆筑之后需要進行養護，需要利用施工現場的條件，靈活采用具體的養護方法。

3.4.1 保溫法的溫度控制

建筑結構轉換層的混凝土采用保溫法進行養護，包括選擇保溫材料和計算保溫材料溫度，一方面是防止冬季寒冷氣溫凍壞混凝土，另一方面是延緩春秋季節混凝土的收縮和散熱。混凝土保溫材料厚度，可根據以下公式計算確定：

，該公式中，？啄i代表的是轉換層中混凝土結構保溫材料需要的最大厚度，基本單位為m；h代表的是混凝土結構的厚度，基本單位為m； ？姿i代表的是混凝土保溫材料的導熱系數，基本單位為W/m·K；0.5代表的是混凝土中心位置溫度往混凝土邊緣擴散的距離，等于混凝土結構厚度的1/2；Tb代表的是結構轉換層混凝土表面的溫度，基本單位為℃；Ta代表的是結構轉換層的混凝土澆筑3-5個小時之后，空氣的平均溫度高低，基本單位為℃；？姿代表的是結構轉換層混凝土的導熱系數，取固定值，為2.3W/m·K；Tmax代表的是結構轉換層混凝土中心位置的最高溫度，基本單位為℃；K代表的是透風系數。

3.4.2 蓄水法的溫度控制

蓄水法根據的是熱交換原理，要求每立方米的混凝土在養護時間內散發到空氣中的熱量，與內部中心位置溫度降低到表面溫度熱量是相同的。關于混凝土溫差裂縫控制時，對表面需求的熱阻系數大小，可按照以下公式進行計算：

，該公式中，R代表的是混凝土表面裂縫控制時的熱阻系數，基本單位為k/W；X代表的是混凝土溫度保持需要的時間，基本單位為h；M代表的是轉換層混凝土結構表面的系數，基本單位為1/m；Tmax代表的是混凝土結構轉換層表面的溫度高低，基本單位為℃；T0代表的是結構轉換層在澆筑、振搗混凝土好之后，并開始養護階段的溫度高低，基本單位為℃；mc代表的是結構轉換層，每m3混凝土的水泥用量，基本單位為kg/m3；Q（t）代表的是轉換層澆筑的混凝土在規定的齡期之內，水泥所產生的水化熱，基本單位為KJ/kg。

4 結束語

綜上所述，建筑工程結構轉換層施工裂縫，常見的有混凝土干燥收縮裂縫和混凝土徐變裂縫兩種，為了控制裂縫的產生，一方面需要控制混凝土材料的配合比，以及深入研究混凝土的特性及配置，確保混凝土質量的提高。另一方面是在澆筑混凝土的時候，通過原材料預冷卻、預埋水管道、保溫、分層施工、疊合梁施工等措施，防止混凝土產生，并利用施工現場的條件，靈活采用具體的養護方法。

參考文獻

[1]楊京俊，陳海新.高層建筑中轉換層結構的影響因素與分析方法[J].山西建筑，2007（8）：82-83.

[2]陸燕.淺談高層建筑結構梁式轉換層的設計與施工[J].建筑與發展，2010（5）：50-51.

[3]邱延飛.對多高層建筑結構中轉換結構的處理[J].建筑科學，2010（3）：67.