超长结构无缝设计与控制探讨

文/赵向前 常州市规划设计院 江苏常州 213001

超长结构无缝设计与控制探讨

文/赵向前 常州市规划设计院 江苏常州 213001

随着对建筑功能和美观的要求的提高，很多大型超长结构设计成了无缝结构，本文主要就超长结构无缝设计与控制进行了探讨。

超长结构；无缝设计；建筑物

1、超长结构无缝设计与控制的目的和意义

超长结构无缝设计具有以下目的和意义:1）增加立面美观效果；2）增加结构耐受性；3）增加结构合理胜；4）有利于布线灵活；5）突破常规改进技术。

2、超长结构无缝设计与控制的技术措施

超长无缝结构的温度作用和混凝土收缩对结构的影响却不可忽略，因此有必要对超长结构采取一定的技术措施，以减小温度应力或者避免产生一些不利因素。

2.1设计措施

l）施加预应力，在钢筋混凝土结构中施加预应力，即在楼板中布置双向预应力钢筋；2）设置后浇带或加强带；3）采用补偿收缩混凝土技术，即在普通混凝土中掺合一定比例的微膨胀剂；4）保温隔热，使尽量少的结构暴露在自然环境中；5）提高材料的抗拉性能，如在混凝土中掺入一定比例的复合纤维材料，则可提高混土的抗拉性能；6）采取必要的构造措施，尽量避免结构断面突变产生应力集中一的现象。

2.2施工措施

1）控制混凝土原材料的质量和技术指标，混凝土质量的好坏对结构裂缝的产生有很大的影响；2）添加减水剂；3）加强养护，采用棍凝土低温如模、低温养护，使混凝土终凝温度尽量降低，以减少水化热和收缩；4）加强混凝土的振捣，要提高混凝土的密实度，必须对混凝土进行充分的振捣，最宜的振捣时间为5～15s；5）保证后浇带的施工质量；6）分层浇筑，墙、梁、板裂缝产生的主要原因是收缩，因此，墙、梁、板构件应分层散热浇灌。7）选择合适的浇筑时间；8）其他一些措施，如添加粉煤灰，减少水泥用量，降低混凝土干缩量；主体结构与填充墙以及其它非结构构件之间的连结采用钢丝网加砂浆过渡，以其不出现任何形式的非主体结构的裂缝，影响使用、影响心理承受能力；等等。

3、工程案例

3.1工程概况

某火车站由主站房和站台雨棚组成,主站房内有国铁和地铁结构,主站房为全部高架站房,主要分为3层(不包括夹层):首层为出站通道、售票厅、设备和商业用房以及停车场,地面标高为±0.000 m,顶面标高为10.250 m,层高为10.25 m,在线侧局部区域设置小夹层,其楼面标高为5.000 m,主要为办公用房;2层为站台层,由线路、站台和基本站台、候车厅组成,其顶面标高为20.250,层高为10.0 m;3层为侯车厅层,其屋面标高为44.250～52.050 m,其中在线侧设置高架层夹层,夹层楼面标高为30.450 m。站房最大平面尺寸:顺轨方向为239.8 m,垂直于轨道方向为490.7 m。如图1所示。由于平面尺寸很大,为减小温度作用和地震作用对结构的影响,在高架层及以上的结构设置防震缝(兼作伸缩缝),顺轨向和垂直于轨道方向各设置两道防震缝,垂直轨道方向的两道防震缝将高架车道与候车厅完全分开,顺轨方向的两道缝则将高架层和屋盖分为3部分,使各部分的平面尺寸均为160 m左右。由于该工程规模庞大,致使纵横两向都设置了两道防震缝之后,分离开来的每部分的平面尺寸仍然大大超过规范规定不设缝的范围,而超长混凝土结构由于材料、形状的特点和外界环境的影响,会产生温度收缩裂缝,降低结构的耐久性和整体性,因此,超长混凝土结构的无缝设计和采取可靠的施工措施防止产生温度收缩裂缝是本工程的重点设计内容。

3.2防止超长混凝土结构产生温度收缩裂缝的技术措施

3.2.1设置后浇带或加强带,加强带与主体结构同时浇筑,后浇带待结构封顶以后,过完冬季再浇筑,使得主体结构在未做好保温措施以前暴露在大气中的单体最大长度不超过40 m。这样,就可以满足施工阶段的结构单体长度满足规范要求。

3.2.2施加预应力,在钢筋混凝土结构中施加预应力,即在楼板中布置双向预应力钢筋。有研究和实测数据表明,在靠近屋面的3～5层楼面最容易受到温度变化的影响,如在这些层的楼板上布置预应力钢筋,可以有效地避免或者减少温度变化对结构的影响。

3.2.3采用补偿收缩混凝土技术,即在普通混凝土中掺合一定比例的微膨胀剂,掺了微膨胀剂的混凝土在水化过程中产生一定的膨胀,在钢筋和邻位限制下,在钢筋混凝土中建立一定的预应力,这一应力能大致抵消混凝土在收缩过程中产生的拉应力,从而有效地防止或较少裂缝的产生。

3.2.4保温隔热,使尽量少的结构暴露在自然环境中。采用预制保温外墙板或者经构造处理过的砌体填充墙,保证主体结构大部分结构构件不暴露在自然环境中,而在建筑物的使用阶段,使主体结构构件受温度作用的影响降到最低,从而使得结构的温度应力减小,避免结构产生有害裂缝。特别是受气温变化影响比较大的屋面结构一定要加强保温隔热措施,这样,可以减少结构的温度应力。

3.2.5提高材料的抗拉性能,如在混凝土中掺入一定比例的复合纤维材料,则可提高混凝土的抗拉性能。加入混凝土的纤维有阻裂效应,能够延缓裂缝的产生和发展,减少及细化裂缝。同时,也可以集中裂缝尖端的应力,防止裂缝的进一步发展。从而大大改善混凝土的脆性,提高混凝土的韧性。加入的纤维材料呈三维无规则分布,也可以削弱混凝土的塑性收缩。

3.2.6采取必要的构造措施,尽量避免结构断面突变产生应力集中的现象。由于温度作用会在结构断面突变位置产生应力集中,导致裂缝的产生,所以必须采取一定的构造措施予以解决。如在转角、洞口部位设置构造钢筋加强,在转角处增配斜向钢筋或者网片,在洞口位置设置垂直于洞口对角线方向的分布钢筋或在其边界处设置护边角钢等。

结语：

每一超长结构必须通过合理的计算,制定合理的措施来预防温度收缩裂缝的产生。当然,随着建筑结构各种技术的不断进步,建筑新材料,施工新技术的不断涌现,建筑物的裂缝控制将会得到不断的改善,相信建筑物的裂缝问题最终会从定性和定量的结合上得到行之有效的控制。

[1]谭铫.超长钢筋混凝土结构无缝设计研究[D].西北农林科技大学,2015.

[2]简骏骅.大型地下综合体超长结构无缝设计控制技术研究[J].价值工程,2013,20:140-141.

赵向前(1970-)，男，高级工程师，国家一级注册结构工程师，工学学士。