1、上海建设科技2013年第6期超长混凝土结构裂缝控制设计徐志军宏润建设设计研究院摘要上海漕河泾浦江高科技园B楼，其长度方向超过现行规范规定的不设置伸缩缝的间距要求，考虑外界温度变化引起的温差和混凝土收缩“-3量温差的综合影响，采用MIDAS有限元软件分析计算了超长结构的温度应力。根据计算结果采用了后浇带与无黏结预应力相结合的综合抗裂技术，工程实践证明效果良好。关键词超长结构裂缝温度应力无黏结预应力人们对建筑物功能和布局要求的提高，使大型公共建筑、商业中心及标准化厂房等工业和民用建筑物出现了超长框架结构体系。鉴于建筑与结构的整体性要求，此类建筑一般不设温度伸缩缝，或设温度伸缩缝，但间距却超过了规范
2、要求。对于超长结构体系，如果不采取相关措施，那么材料的收缩与徐变、施工的水化热以及季节、日照温差等的影响，结构的变形约束就会成为施工和使用过程中的变形荷载，最终导致结构的大面积开裂，影响建筑物的正常使用。通常收缩应力和温度应力是超长混凝土框架体系梁板结构楼面和屋面出现裂缝的主要原因。据相关资料统计，变形荷载引起的建筑物开裂和失效占结构工程开裂和失效事故总数的80m，因此，超长框架结构体系的温度裂缝控制是设计和施工过程中必须予以重视和解决的问题。1 工程概况上海漕河泾浦江高科技园B楼位于闵行区浦江镇，东西长1353 m，南北宽517 m，总建筑面积约251万in2。B楼地上3层，地下1层，屋面结
3、构标高16500 m，为框架剪力墙结构，梁板混凝土强度等级均为C30。因办公楼北侧与整体工程大地下室相连，因此地下室剪力墙仅布置在办公楼南侧及东西两侧。地下室顶板厚200 mm，2层、3层楼面板-66厚120 mm，屋面板厚150 mm。为保证结构的整体性和连续性，整个建筑物不允许设置任何形式的永久缝，因此本工程东西向长度严重超过了现行规范GB 50010-2010混凝土结构设计规范第811条规定的伸缩缝设置间距要求。地下室顶板平面布置见图1。2超长结构抗裂设计21 温差计算超长混凝土结构温差计算主要包括两部分，一部分为外界温度变化而引起的温差，包括季节温差、内外温差和日照温差；另外一部分为由
4、于混凝土收缩而引起的当量温差。根据现行GB 50009-2012建筑结构荷载规范及上海气象变化相关资料，夏季(最热)平均气温为36。C；冬季(最冷)平均气温为一4。C，假设结构完成时的温度为20。C，由于外界温度变化而引起的最大降温工况温差为24。混凝土收缩而引起的当量温差主要根据混凝土裂缝理论f2进行计算，具体计算方法如下：首先根据式(1)确定混凝土的收缩应变：ns，(f)=s：(1一一D1。b)肘l如ns。(1-e0叭“t1)肘l腹 (1)万方数据上海建设科技2013年第6期图1地下室顶板平面布置示意式中：占，(f)龄期为t。t：时，混凝土收缩引起 f习3冈5、的相对变形值8：在标准试验状
5、态下混凝土最终收缩的相对变形值t，、厂计算混凝土收缩相对变形值的龄期起始时间和结束时间M。埘。I_一混凝土收缩值不同条件影响修正系数，可按照王铁梦工程结构裂缝控制相关表格取用然后根据式(2)确定混凝土收缩当量温度：L(t)：尘丛丛 (2)。 d式中兀(f)龄期为t时，混凝土收缩当量温度 r混凝土的线膨胀系数，取1010。5本工程分别选取混凝土浇筑后的15 d、30 d、60 d、90 d、180 d作为计算参数，混凝土极限收缩应变为4010一，强度等级为C30，水泥采用普通525号，水泥细度为3000，采用花岗岩骨料，水灰比04，水泥浆量25，初期养护4 d，环境相对湿度40，水力半径倒数O0
6、5，采用机械振捣。根据上述计算参数，由式(1)、式(2)计算的本工程的混凝土收缩当量温差为16。考虑到昆凝土徐变作用的有利影响，取用徐变折减系数为O3，因此最终设计计算降温温差为：0-3(24+16)=12(oC)22温度应力计算分析温度应力计算采用MIDASGen有限元分析软件，梁、柱均采用梁单元模拟，楼板采用板单元模拟，建立的有限元分析模型见图2所示。因地下室受外界环境变化影响较小，因此结构温差变化仅作用于地下室顶板及其以上的结构部分，地下室剪力墙不考虑降温的影响。温度应力计算结果分别见图3地下室顶板纵向应力分布一一一，o一：=：=j=：=七一：L一j一一。_t一-一一；L一 L一蓬主主圭
7、主。二一二一L图4 2、3层楼板纵向应力分布图5屋面板纵向应力分布根据上述计算分析可以看出，地下室顶板由于地下室剪力墙约束的作用，因降温而产生的最大拉应力发生在结构中间靠近南侧剪力墙处，约为35 MPa，结构边缘的拉应力最小，约为18 MPa；2层、3层楼面及屋面，因地下室剪力墙对其约束作用较小，因此，这3层的最大拉应力都发生在结构的中部，约为165 MPa，最小拉应力发生在结构边缘位置，约为06 MPa。一67一_H叫_丁-j“2卜卜-卜卜li一卜峙ylIlr万方数据23 抗裂设计目前常用的超长结构混凝土抗裂设计技术措施主要有以下几种：(1)设置一定数量的后浇带。(2)采用补偿收缩混凝土技术
8、。(3)混凝土楼板采用双层双向配筋。(4)采用预制保温外墙板等措施以减低主体结构温差。(5)采用预应力技术。(6)结构屋顶增加保温隔热措施。(7)尽量避免广义的结构断面突变。(8)孔洞和变截面的转角部位增加构造钢筋。(9)在混凝土中掺加一定比例的复合纤维，提高基体抗拉强度31。因本工程局部拉应力较大，远大于混凝土抗拉强度设计值，且结合实际施工情况及工期要求，最终采用设置施工后浇带和无黏结预应力技术相结合的方式。以“放”为主，设置后浇带。后浇带的主要作用是释放早期混凝土收缩应力，减小以收缩为主的变形。后浇带位于梁跨内的l，3处，宽800l 000mm，整个工程共设置3条后浇带(见图1)，使每个施
9、工分区的长度40 m，且要求后浇带浇筑的时间360 d。后浇混凝土采用微膨胀混凝土，强度较主体混凝土提高C5级。以“抗”为主，施加预应力。本工程采用无黏结预应力技术，无黏结预应力筋采用抗拉强度标准值为1 860 MPa的高强低松弛钢绞线，张拉控制应力。豳=075瓜(缸一预应力钢筋极限强度标准值)。无黏结预应力筋的布置间距与温度应力的计算结果及楼板厚度有关，间距太大不能满足楼板抗裂的需求，间距太小则混凝土楼板承担的压力过大，对结构安全不利。综合上述两种原因，地下室顶板无黏结预应力筋间距为300 mrll，2层、3层楼板无翥鹱撷应力筋间距为500 mm，屋面板无黏结预应力筋间距为450 mm。考虑
10、抵抗温度应力的无黏结预应力筋为直线布置，张拉过程中损失较小，本工程计算后的预应力损失为O2，因此有效预应力在地下室顶板及2、3层楼面中产生的压应力为26 MPa，在屋面板中产生的压应力为23 MPa，有效地抵抗了温度应力，且使楼板处于合理的受压状态或温度作68用下楼板的拉应力小于混凝土的抗拉强度设计值。考虑到工程施工工期紧张，预应力筋张拉应结合后浇带单独布置，预应力筋张拉分段示意见图6。对于后浇带之间已施工完成的结构单元，可以不受后浇带的影响先进行张拉，待后浇带封闭后，对后浇带所在跨内的预应力筋再单独进行张拉。后浇替差型!彗兰彗_塑 一L型盟一型L一!对混凝土超长结构裂缝的控制除了采取有效的设
11、计措施外，合理的施工措施也是必不可少的【4。施工过程中应严格控制混凝土原材料的质量及水灰比，C30混凝土水灰比控制在04，以减少混凝土的干缩，水泥应首选水化热较低的普通硅酸盐水泥，在保证强度的前提条件下，可掺人适量粉煤灰以降低水化热；混凝土浇捣时间应适量延长，以提高其密实度，养护时间不得少于14昼夜，拆模后混凝土表面的温度不应下降15以上，施工过程中应加强管理，确保施工质量。3结语上海漕河泾浦江高科技园B楼已投入使用3年，经过3年冷热温度变化考验，在全长1353 nl不设伸缩缝的情况下未发现裂缝、渗水等现象，工程设计及施工取得了成功。超长结构裂缝控制不能仅考虑某一单一的环节，需要从结构设计及施
12、工措施2个方面出发，依据“抗”与“放”相结合的理念，才能有效地控制超长结构裂缝的产生。参考文献：【1 郑晓芬超长预应力混凝土梁板结构温度收缩裂缝控制研究D同济大学博士学位论文，20032】王铁梦工程结构裂缝控制M】北京：中国建筑工业出版社，19973】顾渭建大型建筑超长无缝设计的结构裂缝控制技术J】建筑结构，2006，36(增刊)：2631【4】邢国雷，付艳伟，王勇奉超长混凝土地下室结构裂缝控制措施【J】_武汉大学学报(工学版)，2011，44(增刊)：(收稿日期：20131015)万方数据超长混凝土结构裂缝控制设计作者： 徐志军作者单位： 宏润建设设计研究院刊名： 上海建设科技英文刊名： Shanghai Construction Science 付艳伟;王勇奉 超长混凝土地下室结构裂缝控制措施 2011(增刊)引用本文格式：徐志军 超长混凝土结构裂缝控制设计期刊论文-上海建设科技 2013(6)
