超长混凝土结构设计中的问题研究

李宁瑞

【摘要】本文对超长混凝土结构产生裂缝的原因和特点进行分析，并在此基础上探索后浇带设计、膨胀加强带设计、补偿混凝土设计、预应力混凝土设计进行探索。

【关键词】超长混凝土結构；设计；温度应力；结构应力

在城市化进程不断推进的过程中，城市中的超高层建筑越来越多。高层建筑相对于普通建筑具有更高的建筑设计要求，特别是混凝土结构设计方面，将直接关系到建筑工程质量和使用寿命，施工单位应当给予充分的重视。

一.超长混凝土结构裂缝产生原因和特点

（一）裂缝产生的原因

混凝土的硬化通常会伴随收缩反映，温度改变时则会产生热胀冷缩效应，在外界环境约束这两种变化的条件下，就会有温度应力和收缩应力产生于混凝土内部。混凝土会在温度应力和收缩应力超过混凝土结构的最大抗拉力时产生温度裂缝和收缩裂缝。

（二）形成裂缝特点

实践中超长混凝土结构裂缝的产生特点包括：收缩和温度变形共同作用产生该裂缝，温度裂缝和收缩裂缝两种裂缝的组合是其主要分布。随着时间的推移，由环境温度和湿度变化产生的裂缝在开裂和危险程度上较单一的温度或收缩裂缝严重；以收缩变形为主的收缩裂缝、为温度变形为主的温度裂缝是依据实际工程中超长混凝土结构裂缝出现的时间、发展变化、分布形态、尺寸特征对裂缝的两种分类；板、梁裂缝通常具有不同的特征和形态。

二.后浇带设计

（一）后浇带定义

在现浇整体式钢筋混凝土结构中留存于施工期间的临时性的带形缝就是后浇带，在主体结构完成后会用混凝土补齐。高层主楼与底层裙房的差异沉降、钢筋混凝土的收缩变形和温度应力问题通过整体结构施工中的后浇带得到有效解决，这种情况下无需设置永久变形缝[1]。

（二）后浇带工作原理

混凝土早期收缩量大是后浇带施工的主要依据，通过释放早期混凝土的收缩应力，实现降低以收缩为主的结构变形的目的。每隔30～40米设一道是后浇带的常规做法，几个厘米的宽度就能满足理论上的设计要求，但是为了防止应力集中的问题，通常将宽度控制在70～100厘米。通常情况下后浇带出的钢筋不会在附加力作用下发生断裂，但有时会断开钢筋，进而达到便于清理巢毛或者释放更多应力的目的。

（三）后浇带具体设计

第一，间距。根据我国相关设计规范要求，应当根据建筑物具体长度、气候环境将间距控制在30～40米之间。第二，位置。对于受力较小部位或小跨梁开间，通常在梁跨出三分之一处设置；在布置平面过程中应当平行于后浇带布置梁；结合实际情况可曲折通过平面。第三，宽度。我国设计规范要求，应当结合钢筋错开搭接要求将预留宽度设定为800～1000mm之间。第四，钢筋。现阶段有两种做法应用于后浇带内梁纵向钢筋处理：其一是断开梁板钢筋后再进行搭接，其二是在板钢筋断开，梁钢筋直通不断的情况下进行搭接。第五，浇筑时间。根据我国设计规范要求，应当在钢筋搭接完毕后两个月后进行浇筑，并应当将温度控制在主体混凝土浇筑温度以下。

三.膨胀加强带设计

（一）膨胀加强带原理

通过在后浇带内采用比浇筑混凝土高一个等级的膨胀混凝土增加混凝土密实度，进而形成对混凝土结构开裂破坏进行有效预防的目的是膨胀加强带的主要原理。将膨胀加强带设置于钢筋混凝土超长结构中，不仅避免了房屋结构安全受到温度变化和混凝土收缩的影响，还能通过工区的合理划分提升施工生产效率。

（二）膨胀加强带特点和设计

混凝土在设置膨胀加强带的情况下能够实现连续浇筑施工，并免除了后浇带的清理和钢筋加固连接等工序，施工成本在一定程度上得到节约。同时结构自防水在膨胀加强带中得到实现，通过取消外防水措施不但实现了经济效益的提升，还避免了后浇带填缝不好产生的渗漏隐患[2]。

四.补偿混凝土设计

在自由收缩的情况下混凝土通常不会产生裂缝，当存在钢筋或相邻部位的约束时混凝土会产生裂缝。补偿收缩混凝土会产生湿度膨胀，由于混凝土的膨胀受到钢筋的限制作用，钢筋也会受到混凝土的拉应力，相应的压应力就会产生于混凝土中。

根据“以抗为主”的设计原则，补偿混凝土硬化过程中的干缩和冷缩是膨胀剂的主要功能。在补偿收缩混凝土在硬化过程产生膨胀作用下，少量预压应力在产生于结构中，这样混凝土硬化过程中产生的温度和收缩拉应力就会得到补偿，进而有效防止裂缝的产生。通常情况下混凝土中微膨胀剂含量为5%～10%之间时，就会产生补偿收缩混凝土的微膨胀。与水泥中的组分发生反应生成钙矾石是膨胀剂的作用原理，混凝土中的一部分自由水变化中会转变为结晶水，通过在混凝土中形成固体形式实现促进混凝土膨胀的目的，混凝土的高抗裂性和不透水性在钢筋的约束作用下产生形成。由于膨胀混凝土具有较高的抗裂性，可以增大先浇混凝土分块尺寸，进而实现减少后浇带数量的目的。

五.预应力混凝土设计

引起超长混凝土结构开裂的主要原因是结构子收缩产生次拉应力。如果可将将预压应力施加于结构中，部分收缩次拉应力就能够平衡多抵消，进而有效预防混凝土结构开裂。现阶段采用的重要手段之一就是无粘结预应力技术，它具有强度高、张拉锚固方便、布置灵活的优势。在该方法中预应力传递和温度应力一样，都会受到柱子等竖向构件的约束。温度应力的分布会和该方法的分布特点发生冲突，为了将尽可能大的预压应力建立与结构中，应当根据以下要求处理预应力筋的布置和施工：对后浇带划分筋区段和张拉区段进行合理设置；分段张拉，从中间到两端。

结语：

通过以上内容可知，超长混凝土结构设计是超高层建筑建设的关键环节，是决定建筑工程建设水平的关键因素。施工企业应当充分重视超长混凝土结构设计工作，通过设计水平的不断提升促进工程整体建设水平提升。

参考文献：

[1]孟少平，韩重庆，吴京等.超长混凝土结构设计中基本问题研究与工程实践[J].工业建筑，2012，（5）：1-4，8.

[2]祖海亮.超长混凝土结构设计中基本问题研究与工程实践[J].城市建设理论研究，2014，（17）：505-506.