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淺論高層混凝土布局中的裂縫分析及操縱

高層混凝土布局中幾個(gè)主要受力部位的裂縫分析及操縱

內(nèi)容提要：本文就高層建筑布局的幾個(gè)主要受力部位在混凝土施工中輕易產(chǎn)生裂縫的理由舉行分析，并從設(shè)計(jì)與施工兩方面提出裂縫的操縱措施。

混凝土工程中材料的特性抉擇了布局較易產(chǎn)生裂縫，從實(shí)踐中來看施工中混凝土展現(xiàn)裂縫的概率也是很大的，相當(dāng)一片面裂縫對(duì)建筑物的受力及正常使用無太大的危害，但裂縫的存在會(huì)影響到建筑物的整體性、耐久性，會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生腐蝕，是受力使用期應(yīng)力集中的隱患，應(yīng)當(dāng)盡量在各方面賦予重視，以制止裂縫的展現(xiàn)或把裂縫操縱在許可的范圍之內(nèi)。

一、高層建筑施工中幾個(gè)特殊部位的裂縫分析

1、大體積根基混凝土板

高層建筑中隨著高度的不斷增加，地下室愈做愈深，底板也愈來愈厚，厚度在3m以上的底板已屢見不鮮。高層建筑中根基底板為主要的受力布局，整體要求高，一般一次性整體澆筑。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐證明，各種大體積混凝土裂縫主要是溫度變化引起。大體積混凝土澆筑后在升溫階段由于體積大，集聚在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，這樣在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在外外觀產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于此時(shí)混凝土的強(qiáng)度低，有可能產(chǎn)生外觀裂縫。在降溫階段新澆混凝土收縮因存在較強(qiáng)的地基或根基的約束而不能自由收縮。升溫階段快，混凝土彈性模量低，徐變的影響大，所以降溫時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力。差值過大時(shí)，將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，結(jié)果有可能形成貫穿裂縫。為解決上述二類裂縫問題，務(wù)必舉行合理的溫度操縱。

混凝土溫度操縱的主要目的是使因溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于同期混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，并有確定的安好系數(shù)。為計(jì)算溫差，就要事先計(jì)算混凝土內(nèi)部的最高溫度，它是混凝土澆筑溫度、實(shí)際水化熱溫升和混凝土散熱溫度的總和。混凝土內(nèi)部的最高溫度大多發(fā)生在澆筑后的3～7天。混凝土內(nèi)部的最高溫度Tmax可按下式計(jì)算：

Tmax＝To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O)(1)

式中：T0——混凝土的澆筑溫度(℃)

W——每m3混凝土中水泥(礦渣硅酸鹽水泥)的用量(kg/m3)

F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)

Q——每kg水泥水化熱(J/kg)

C——混凝土的比熱

r——混凝土的密度

ξ——不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)(見表1)

不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)

表1

厚度(m)1.01.52.02.53.03.54.0＞4.0

ξ0.230.350.480.610.730.830.951.0

實(shí)測(cè)資料顯示，當(dāng)根基板厚大于2米時(shí)，上述公式的相對(duì)誤差在0.1%～1.3%之間，在計(jì)算溫差后，即可計(jì)算出降溫階段混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力σ(2)xmax

σxmax＝Eα△T(1-(1)/(coshβL/2))H(t，τ)………(2)

式中：E——混凝土的彈性模量(N/mm2)

α——混凝土的線膨脹系數(shù)(10-5/℃)

△T——溫差(℃)

L——板長(zhǎng)(mm)

β＝Cx／HE

H——板厚(mm)H＞0.2L時(shí)，取H＝0.2L

Cx——地基水平阻力系數(shù)(N/mm3)

H(t，τ)…考慮徐變后的混凝土松馳系數(shù)，

其中，t——產(chǎn)生約束應(yīng)力時(shí)的齡期，τ——約束應(yīng)力延續(xù)時(shí)間。

留神同期內(nèi)由于混凝土收縮引起的應(yīng)力應(yīng)轉(zhuǎn)化為當(dāng)量溫差，計(jì)入△T一并計(jì)算σxmax。

由(1)、(2)分析可知：為制止裂縫展現(xiàn)，主要是裁減△T。可采用合理選用材料，降低水泥水化熱，優(yōu)化混凝土集料的合作比，操縱水灰比，裁減混凝土的干縮，概括操縱措施見后。如有可能，裁減澆筑長(zhǎng)度L，增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間裁減降溫速率以相應(yīng)裁減松馳系數(shù)對(duì)操縱貫穿裂縫也有確定的意義。

2、地下室混凝土墻板及樓板的裂縫分析

地下室墻板的裂縫產(chǎn)生與根基大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的理由有一致之處，即混凝土在硬化過程中由于失水會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)變，在水泥水化熱產(chǎn)生的升溫達(dá)成最高點(diǎn)以后的降溫過程會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)變。但又有其特點(diǎn)：一是墻板受到根基、外圍樓板受到地下室外墻的極大約束，這種約束遠(yuǎn)大于樁基對(duì)根基的約束，產(chǎn)生貫穿裂縫的機(jī)率大。二是內(nèi)墻板及樓板受環(huán)境溫度影響較大。三是內(nèi)外溫差小，產(chǎn)生外觀裂縫的機(jī)率小。四是養(yǎng)護(hù)困難，散熱快、降溫速率大，混凝土的松馳徐變優(yōu)勢(shì)難以利用，在氣溫驟變季節(jié)尤應(yīng)留神。

在計(jì)算板內(nèi)最大拉應(yīng)力時(shí)仍可利用公式(2)，但有以下幾點(diǎn)應(yīng)留神：

1)H取0.2L，L為整澆長(zhǎng)度；

2)Cx取值應(yīng)大于1.5N/mm3由于連接部位有較強(qiáng)鋼筋約束；

3)計(jì)算溫差△T時(shí)，要考慮底板及外墻(兼作圍護(hù)處境下)緊靠土體，受環(huán)境溫差小，而被它們約束的墻板及周邊樓板在施工過程中根本同外界溫度同步變化。

4)若底板墻板施工間隔過長(zhǎng)、外墻兼作圍護(hù)時(shí)，那么在計(jì)算混凝土收縮時(shí)應(yīng)留神約束體與被約束體的收縮期不同，收縮量也不一致。

3、高強(qiáng)混凝土裂縫分析

目前高層建筑中已廣泛使用C40～C60中高強(qiáng)混凝土，隨著材料科學(xué)的急速進(jìn)展，C80～C120的高強(qiáng)混凝土在概括工程中已有應(yīng)用。由于高強(qiáng)混凝土采用的合作比設(shè)計(jì)多為低水

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灰比、高標(biāo)號(hào)水泥、高水泥用量、使用高效減小劑及摻加超細(xì)礦粉。這樣其收縮機(jī)制與普遍混凝土就有所不同。

高強(qiáng)混凝土由于其水泥用量大多在450～600kg/m3)，是普遍混凝土的1.5～2倍。這樣在混凝土生成過程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普遍混凝土，展現(xiàn)收縮裂縫的機(jī)率也大于普遍混凝土。

高強(qiáng)混凝土因采用高標(biāo)號(hào)水泥且用量大，這樣在混凝土硬化過程中，水化放熱量大，將加大混凝土的最高溫升，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力加大。在疊加其他因素的處境下，很有可能導(dǎo)致溫度收縮裂縫。由于高強(qiáng)混凝土中水泥石含量是普遍混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸發(fā)引起的干縮也將大于普遍混凝土。

二、裂縫的操縱措施

1、設(shè)計(jì)措施

1)增配構(gòu)造筋提高抗裂性能，配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應(yīng)在0.3～0.5%之間。

2)制止布局突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。

3)在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。

4)在布局設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮施工時(shí)的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距20～30m，留存時(shí)間一般不小于60天。如不能預(yù)料施工時(shí)的概括條件，也可臨時(shí)根據(jù)概括處境作設(shè)計(jì)變更。

2、施工措施

1)嚴(yán)格操縱混凝土原材料的的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選用低水化熱水泥，粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)盡量裁減(1～1.5%以下)。

2)細(xì)致分析混凝土集料的配比，操縱混凝土的水灰比，裁減混凝土的坍落度，合理?yè)郊铀芑瘎┖筒脺p劑。

3)澆筑時(shí)間盡量安置在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時(shí)要求在沙、石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置，或用濕麻袋籠罩，必要時(shí)向骨料噴冷水?；炷帘盟蜁r(shí)，在水平及垂直泵管上加蓋草袋，并噴冷水。

4)根據(jù)工程特點(diǎn)，可以利用混凝土后期強(qiáng)度，這樣可以裁減用水量，裁減水化熱和收縮。

5)加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度。

6)混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土外觀溫度不