建筑物的温度裂缝控制...

建筑物的温度裂缝控制
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　　一、前言
　　建筑物因收缩与温度效应引起的裂缝情况相当普遍，一些文献也作了较多探讨论述。设计规范④规定了混凝土结构伸缩缝的最大间距。但是，符合此规定的建筑物出现裂缝者仍较多。常见的屋面结构裂漏，孔洞、转角处的斜向裂缝，影响正常使用，降低了耐久性，梁柱的位移推裂了墙体和饰面，在外观上造成恶劣的影响。
　　二、温度裂缝的形成
　　建筑物因温度效应引起的裂缝主要有以下两类：一类是大体积混凝土由于内外温差产生温度应力引起的裂缝；另一类是建筑物屋面梁板在日照温度作用下产生的裂缝。
　　大体积混凝土由于内外温差引起的温度裂缝。如某大型地下工程，长达300余米的现浇钢筋混凝土筏式基础，每隔30～45米设置施工缝，部分区段出现30余条裂缝，个别裂缝是贯通的，宽度达3～6mm,但亦有100余米长范围内基本上无裂缝。众所周知，新鲜混凝土具有流动性材料的特性，随时间的增长，混凝土逐渐硬化。在这一过程中因水泥水化所产生的大量热量使混凝土温度升高。另外，热量从混凝土表面散发，由于混凝土导热系数较低，内部热量不易散发，混凝土内部形成温度梯度，在硬化初期，表面混凝土的收缩受到内部的约束,从而使表面混凝土产生约束应力，当约束应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。
　　防止大体积混凝土发生温度裂缝的原则是减少混凝土内部的温度梯度。在混凝土原材料的选择、配合比的确定以及施工工艺等方面应该全面采取措施。如：保证混凝土具有较高的抗拉强度；选用水化热较低的水泥；适量掺用优质的粉煤灰等活性混合材料，以保证混凝土中含有一定的胶凝材料总量的前提下尽量减少水泥用量从而减少水化热；考虑骨料的种类，采用一部分弹性模量稍低的骨料；在施工中注意混凝土的均匀性，以提高混凝土的极限拉伸变形等。在养护方面采用蓄水法，减少表面热量散失是减少温度梯度的一个有效措施。根据理论分析和现场观测资料，积极从温度应力方面研究与混凝土实际变形性能相适应的一整套温度控制措施，用以防止大体积混凝土发生有害的温度缝。
　　建筑物屋面梁板由于受日照温度应力的影响产生的裂缝。图1⑥是某工程的屋面裂缝分布情况。在屋面四角有斜向裂缝，在中央部分有平行于屋面横向的裂缝，裂缝分布范围，疏密程度没有明显规律性。即使在纵向长度未超过规范④的伸缩缝间距规定的情况下，也出现有多根平行于横向裂缝。在图1所示的三层单跨框架无隔热层的屋面（带裂缝）梁板上布置温度及应变测点进行测试⑥。在常遇的较热气温34－35℃时，框架梁顶底间温差超过20℃的 时段达3小时，板顶底间温差约12℃；梁顶底间最大温差约为28℃。当气温为36℃－37℃时梁顶底间最大温差可达32℃。
　　根据叶伟年、雷预枢对日照温度荷载作用下的钢筋混凝土横向框架内力分析。由于日照温差作用于二跨及二跨以上的横向框架顶层梁所引起弯矩比单跨大得多，在此就选择有代表性的横向为二跨及二跨以上的顶层框架梁，分析该梁在日照温度作用下的内力计。如图2
    ⑤即为某十二层框架结构横向二跨及二跨以上的顶层框架梁，因日照温度引起的内力用弹性方法分析程序⑤算出的弯矩图。其中温度假定沿梁顶底按线性分布，梁柱抗弯刚度未作折。
　　通过分析，屋面无隔热层时现浇整体式混凝土屋面板一般都会不同程度地出现裂缝。裂缝分布范围，疏密程度也不一定呈明显规律性。这是因为屋面梁板出现裂缝的主要原因为纵向的板内配筋多为“分布配筋”，其配筋率往往低于或接近最小配筋率，裂缝一旦出现就变得又长又宽。由于屋面板在恒载与温度共同作用下，同时受到局部弯曲及整体弯曲作用，在平面上二个方向与梁的约束关系也较为复杂，可能受到拉、压、扭、剪的作用。在日照强度，降温收缩等方面比剪力墙处于更为不利的工作条件。因此，参照规范④中关于剪力墙配筋率的说明，建议屋面板在纵向采用双层配筋，双层配筋率之和不低于0.3％。纵向次梁裂缝较少，可不考虑温度内力。横向为单跨的顶层框架梁日照温度引起的跨中弯矩约为恒载弯矩的20％－40％；如果未作这方面计算，按恒载弯矩的30％增大配筋是适宜的。同时要求在梁的侧面附加纵筋间距宜为200mm－300mm，以限制梁侧裂缝的扩展。
　　对于有隔热层的屋面，各类隔热层对降低屋面温差的效果各不相同，需作建筑热工计算或参阅有关实测资料才能确定计算温差。同时考虑隔热层施工能否在屋面结构层施工完后紧密衔接上，若相隔时间太长，日照温度内力仍需全部计入。
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　　三、温度裂缝的控制
　　温度作用产生裂缝降低了建筑物的耐久性，应尽量避免建筑物产生温度裂缝。建筑物温度裂缝的控制可以从以下三个方面进行。
　　（一）设计方面：
　　1、增配构造筋提高抗裂性能。对温度作用引起的裂缝控制，适当增大配筋是有效的。配筋应尽可能采用小直径，小间距。采用直径8－14mm的钢筋和150mm间距是比较合理的。全截面的配筋率不小于0.3％，应在0.3％～0.5％之间，受力筋能满足变形构造要求的，不再增加温度筋；构造筋不能起到抗约束作用的，应增配温度筋。对于大体积混凝土应该根据其工程施工的特点（整体浇筑或分层浇筑，泵送混凝土浇筑或非泵送混凝土浇筑等）增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂缝开展的钢筋，以构造钢筋控制裂缝。对高炉基础的圆形承台还应配置双向受拉钢筋或钢板箍。
　　2、大体积混凝土避免采用高强度等级混凝土，混凝土强度等级宜在C20～C35的范围内选用；根据工程特点，尽量利用混凝土的后期强度，如60天、90天、120天强度，即允许工程在60天、90天或120天达到设计标号，这样就可以减少水泥用量，从而减少水化热和收缩。
　　3、当基础设置于岩石类地基上时，在非地震区宜在混凝土垫层上设置滑动层，滑动层构造可采用一毡二油，尽量减少基础的约束。
　　4、控制应力集中裂缝。建筑物的各种底板、立墙、顶板以及地下箱形基础和其它特殊构筑物都可能遇到各种形状的孔洞，如圆形的、方形的、矩形的等等。还有一些结构在长度方向遇到有断面突变的情况。在孔洞及变断面的转角部位，由于温度收缩作用，会引起应力集中，导致裂缝的产生。应在转角或孔洞边作构造筋加强，转角处增配斜向钢筋或网片。条件允许的话在孔洞边界设护边角钢，即使是很小的角钢（如边宽50mm）也可起到良好的抗裂作用。
　　5、大体积混凝土工程施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩应力进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的升温峰值、里外温差及降温速度的控制指标，制定温控施工的技术措施。其目的是为了确定温控指标（温升峰值、里外温差、降温速度）及制定温控施工的技术措施（包括混凝土原材料的选择、混凝土拌制运输过程中的降温措施、保温养护措施、温度监测方法等），以防止或控制有害温度裂缝（包括收缩）的发生，确保工程质量。6、合理设置后浇缝，也可以减少施工期间的较大温差与收缩应力。
　　（二）材料方面：
　　1、合理选用材料的配合比，用较低的水灰比，减少混凝土用水量和水泥用量。
　　2、选用水化热较低的水泥，适量掺用优质的粉煤灰等活性材料。
　　3、采用一部分弹性模量低的骨料，在施工中注意混凝土的均匀性，以提高混凝土的拉伸变形性能等。
　　（三）施工方面：
　　1、根据工程具体条件，对大体积混凝土采用保温隔热法进行养护，尽量延长混凝土拆模时间，尽可能多养护一段时间。
　　2、控制水化热的升温，混凝土中心与外表面的最大温差不高于25℃～30℃；
　　3、相对大块式、厚壁的混凝土工程，控制裂缝的主要因素是水化热降温引起的拉应力，所以必须尽可能减少入模温度，薄层连续浇筑，随后采取保温养护。以减少内外温差。很重要的一环是缓慢降温，越慢越好，为混凝土创造充分应力松驰的条件，与此同时还要使混凝土保持良好的潮湿状态，这对增加强度和减少收缩是十分有利的。
　　四、结束语
　　1、提出了在日照温度作用下，屋面框架梁应考虑温度效应增加配筋，提出了屋面板构造配筋的设计建议，提出了屋面次梁可不作温度效应的计算。
　　2、对于大体积混凝土增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂缝开展的钢筋，以构造钢筋控制裂缝。对高炉基础的圆形承台还应配置双向受拉钢筋或钢板箍。
　　3、大体积混凝土工程应降低水化热以减少内外温差产生的拉应力。
　　4、选用水化热较低的水泥及适量掺用优质的粉煤灰等活性混合材料。
　　5、建筑物孔洞周边需加强配筋或加设护边角钢防止裂缝产生。