减小结构温度荷载裂缝措施及对相关规范的理解

连兴华 沈阳新大陆建筑设计有限公司

由于环境温差的变化广泛存在于自然界中，由温度变化导致建筑结构产生“热胀冷缩”的现象，使结构的不同部位产生不同的温度应力。当温度荷载引起的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就可能出现受拉裂缝。当裂缝继续发展至一定程度（特别是超长结构），影响正常使用或影响构件的承载能力时，这类有害裂缝就是我们结构工程中尽量控制或者避免的。鉴于此，本文主要探讨一些减小结构中温度荷载裂缝的产生和发展的措施，和规范条文对于此方面规定的一些理解。

一、减小结构中温度荷载裂缝的措施

（一）设置后浇带

混凝土抗压强度远大于抗拉强度，一般混凝土的裂缝主要由混凝土收缩引起的，引起收缩裂缝的温度荷载主要由环境温差以及混凝土结构收缩当量温差两部分组成。混凝土的收缩是一种随时间而增长的变形，结硬初期收缩变形发展较快，浇筑后2个月收缩完成约50%左右，至一年左右完成约95%。设置施工后浇带是一种有效减小收缩当量温差的办法，施工后浇带将大面积的混凝土结构分割成为约30～40m的若干小块，使混凝土充分释放了由于收缩引起的温度应力，待释放到一定程度后再封闭后浇带，起到了节约钢筋的作用。

（二）控制后浇带封闭时环境温度

后浇带封闭时环境温度对温度荷载的取值影响很大，因为环境温差就是取封闭后浇带时候的环境温度与施工或使用阶段的最高、最低温度的差值，对环境温度变化不是十分敏感的混凝土结构可取封闭后浇带当月的平均气温。而温度荷载裂缝主要由降温过程中混凝土“冷缩”引起的，控制降温温差就成为一个减小裂缝的主要措施。故封闭后浇带时间在北方采暖区一般可选为环境温度较低的冬歇期前后的十月或四月份，在南方非采暖区可选为环境温度较低的十二月至二月份。

（三）从材料方面采取减小温度荷载裂缝的措施

首先要控制粗、细骨料中的含泥量，含泥量过大会降低混凝土骨料界面的粘结强度，会在混凝土中形成不封闭的气孔，从而导致结构易开裂；其次，要控制水泥当中的碱含量，防止碱骨料反应，致使混凝土发生体积膨胀呈蛛网状龟裂。

二、对规范中超长混凝土防裂措施的理解

除了以上措施，还可以在结构温度应力较大区域设置防裂钢筋网。《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]第3.4.13条、《混凝土结构设计规范》[2]第8.1.3条、沈阳市地方规范《超长混凝土结构防裂技术规范》[1]第5.1.12条都提出了一些增加伸缩缝间距（即结构长度一定时减小温度荷载裂缝）的措施。除去一些控制施工、材料的方法，仅从增加配筋方面考虑，主要提到了顶层、底层、山墙和纵墙端开间等部位提高配筋率，以及超长方向的中部楼板应增加温度钢筋。下面以一个单方向超长的混凝土框架结构为例，横向宽24.3m、纵向长81m，8.1m×8.1m的柱网，顶板厚250mm，荷载仅考虑-10℃的降温综合温差，分析结构如下：

由图1可知沿超长方向从两端到中间框架柱变形逐渐减小，即温度荷载引起的框架柱附加弯矩逐渐减小，故端开间山墙（柱）及纵墙需适当提高受力钢筋配筋率。

由图2、图3可知沿超长方向从两端到中间板顶拉应力逐渐增大，类似于拔河比赛，绳子中部所受轴力最大；而端部应力变为压应力且有增大的趋势，这是因为端部框架柱变形引起框架梁受弯进而导致板端负弯矩较大。故超长方向楼板中部和端部均应增大配筋。但中部是由于轴拉力较大，板抵抗温度荷载配筋可均匀分布；而端部是由于弯矩引起的，板抵抗温度荷载的配筋应主要集中到板底。

三、结语

工程中常常出现一些因设计施工等问题所引起的超长混凝土结构开裂问题，本文通过列举一些常规用于减小因温度荷载而导致混凝土结构开裂的方法，并且通过模型分析，加深对规范控制温度荷载裂缝相关条文的理解。

图1 Midas Gen模型及沿XYZ三个方向变形图

图2 沿X向板顶局部应力值（MPa）

图3 绕Y轴顶板局部弯矩值（kN·m）