淄博市建筑设计研究院 山东淄博 255037
摘要：针对造成混凝土收缩应力的两种因素，分别介绍了集中控制温度应力的措施，并以三个实际工程为例，阐述了温度应力控制不当的结构损伤及超长结构的设计。
关键词：收缩应力；混凝土裂缝；超长结构
引言
造成混凝土收缩应力的因素，常见的主要两种，一种为材料自身水化热产生的收缩应力，主要存在于施工过程中，另一种为由于季节变化造成的温度应力，主要存在于主体结构成形后。故对于混凝土收缩应力的控制，应贯穿于结构从施工到交付使用的整个生命周期。
由于现代水泥强度等级提高、水化热加大、凝固时间缩短；混凝土强度等级提高、拌合物流动性加大、结构的体量越来越大；为满足混凝土泵送、自密实混凝土的广泛应用等，混凝土的组成成分变化造成收缩增加，诸如此类原因引起的混凝土体积收缩呈增大趋势，现浇混凝土结构的裂缝问题比较普遍。针对混凝土收缩应力造成的结构损伤，《混凝土结构设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》均有相关规定。
1 控制收缩应力的主要措施
1.1控制伸缩缝间距
设置伸缩缝是减小混凝土收缩应力最直接最有效的手段。《混凝土结构设计规范》8.1.1条明确了混凝土结构伸缩缝的最大间距，在满足该条的前提下，混凝土结构可按规范规定采取抗裂的构造措施，但如果伸缩缝间距超过该规定，结构计算时应计算温度应力，并按计算结果配筋设计。
尤其是针对住宅建筑，该类建筑为私人业主，对各种病害较为敏感，多地相继出台了治理住宅质量通病的措施，结构专业多数针对混凝土裂缝类病害，如加大板厚、板筋通长设置并规定最小规格等。由于本身住宅建筑分单元的建筑形式易于设置伸缩缝，在这种背景下，住宅宜尽量将伸缩缝间距控制在规范建议值范围之内，以减小后期各种不必要的麻烦。
1.2设置伸缩后浇带
当某些项目由于功能布置的特殊性无法设置伸缩缝时，可按照伸缩缝的间距设置伸缩后浇带，并控制后浇带和龙的温度条件，可有效解决施工过程中产生的混凝土收缩应力。《高层建筑混凝土结构技术规程》12.2.3条规定，高层建筑地下室不宜设置伸缩缝，当地下室长度超过伸缩缝最大间距时，可考虑利用混凝土后期强度，降低水泥用量；也可设置伸缩后浇带。
这类措施对消除施工过程中产生的温度应力作用显而易见，但是缺点也同样突出。如它仅能解决结构施工过程中产生的混凝土收缩应力，后浇带合拢后则不再起作用。而且，当存在地下结构时，如地下水位较浅，如设置伸缩后浇带则要承担连续降水带来的经济压力。
1.3采用补偿收缩混凝土并结合膨胀加强带设置
补偿收缩混凝土是由膨胀剂或膨胀剂水泥配制的自应力约为0.2MPa~1.0MPa的混凝土，多用于混凝土结构自防水、工程接缝填充、采取连续施工的超长混凝土结构、大体积混凝土等工程。
膨胀加强带是通过在结构预设的后浇带部位浇筑补偿收缩混凝土，减小或取消后浇带和伸缩缝、延长构件连续浇筑长度的一种技术措施，可分为连续式、间歇式和后浇带三种。
近年来，随着技术发展，采用补偿收缩混凝土并结合设置膨胀加强带的方案，逐渐成为不便于留设后浇带的超长结构的主流方案，大大节省了施工周期及基坑降水时间。但改方案也存在一些显著的缺点，如补偿收缩混凝土所产生的自应力，仅能消除施工过程中产生的温度应力，且难以完全抵消。
1.4优化混凝土配合比
混凝土施工过程中产生的收缩应力主要来源于水泥的水化热。水化热指物质与水化合时所放出的热。水泥的水化热也称为硬化热，因其中包括水化、水解和结晶等一系列作用。水化热可在量热器中直接测量，也可通过熔解热间接计算。
水化热高的水泥不得用在大体积混凝土工程中，否则会使混凝土的内部温度大大超过外部，从而引起较大的温度应力，使混凝土表面产生裂缝，严重影响混凝土的强度及其他性能。在大体积的混凝土工程当中，由于聚集在制品内部的水化热不容易散出，常使制品内部的水化热在50到60度，由于温度应力作用使水泥产生膨胀性的裂缝。
故为减小水化热造成的收缩应力，对于超长结构或大体积混凝土，应采用低水化热水泥，尽量控制水灰比，必要时可掺入粉煤灰、磨细矿渣粉等，以减小水泥用量。对于高强度混凝土，施工前应进行配合比实验，尽量采用高标号水泥，以减少水泥用量，从而降低水化热。
1.5配制温度应力筋
对于超长结构季节性温度应力，配制温度应力筋是最有效的解决方案。温度应力筋可分为两种，普通钢筋及预应力钢筋。改方案的缺点是预应力筋施工较繁琐，工期加长，且应结合伸缩后浇带设置。
2 工程案例
2.1某中学教学楼
某中学教学楼，总长度90m，中间设置伸缩缝。由于设计疏忽，该伸缩缝跨中间辅房的一道门，且建筑及结构专业均未明确该处过梁的做法，施工单位读图不仔细，按照常规做法施工，施工完成后该门洞过梁及其上墙体横跨伸缩缝，该填充墙厚度仅100mm，相当于左右两个结构单元中间由该段墙体连接，门洞上方存在混凝土过梁，由于强大的伸缩应力，最终将洞口旁边轻质墙体拉裂，裂缝宽度大1cm左右。
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图1 伸缩缝处建筑布置示意图 图2 现场填充墙裂缝图片
2.2某剪力墙结构住宅
本项目包括39层高层住宅、32层高层住宅、多层办公、沿街商业、地下车库等项目。抗震设防烈度7 度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组。建筑物场地土类别II类，设计特征周期为0.40s；结构阻尼比为0.05，多遇地震影响系数最大值0.08。宅部分剪力墙厚度，地下室砼墙厚均为250mm，个别部位300mm，地上墙体200mm厚，局部250mm；底部加强部位为基础顶至地上四层。
由于本项目结构高度较高，重力荷载及地震荷载均较大，底部各层采用C50混凝土，施工过程中发现剪力墙及楼面梁产生多处较大裂缝。由于该项目仅施工到地上二层，结构单元长度32m，楼面梁裂缝多数出现于梁端底部，非典型弯剪受力造成的混凝土开裂，经多方分析表明，本项目设计为C50混凝土，商混供货方采用325水泥的配比，由于水泥强度过低，造成水泥用量过大，由于水化热过多造成温度应力过大，致使混凝土收缩产生的裂缝。
2.3淄博市文化中心科技馆超长结构设计
本项目为淄博市文化创意中心，含中国陶瓷馆、淄博市科技馆、群艺馆及美术文化展示厅等，总建筑面积7.5万m2。主要使用功能：科技、文化交流展示，陶瓷艺术品及技术工艺展示。建筑面积：7.5万m2。楼层数：地上5层；地下1层；室外地面以上高度（至主体结构屋面）：32.4m；标准层平面：矩形平面，长短向边柱轴线距离为153mX103m。
基本按功能分区分为陶瓷博物馆、科技馆、文化馆三个独立体块。科技馆和文化馆南北向一字排开，与陶瓷博物馆东西向并列布置，整体形成品字形。平面主要采用900X900mm柱网尺寸，地上5层，地下1层。本文取科技馆为例讨论，超长尺寸为154.5m。
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图2 文化中心科技馆平面图
关于超长结构设计，初步设计时针对各种措施，本项目拟定了两种方案，一种为采用预应力消除温度应力，在地下一层顶板、外墙通过施加一定预应力以抵消部分温度应力。在墙、板、梁内设置无粘结预应力钢筋（束），施工时一般截面预压力可控制在1.0Mpa左右并参考计算分析结果确定。
另一种方案为采用普通温度应力筋。经过多种比较分析，由于预应力施工较繁琐，影响工期，本项目采用第二种方案。
采用midasgen对楼板进行温度荷载工况分析，中间楼板开洞处应力集中较大，组合抗震及重力荷载相关工况后，需纵向受力筋三级钢12@150双层通长设置。为减小温度应力筋，降低造价，综合采取多种措施。全楼采用补偿收缩混凝土，限制膨胀率8%左右。沿纵向全长设置三道膨胀加强带，如平面图所示。其中中间一道为后浇式膨胀加强带，和龙时间为14天后，两侧两道为连续式膨胀加强带，连续浇筑，所有后浇带均采用高一级标号补偿收缩混凝土浇筑，限值膨胀率12%左右。楼屋面板混凝土均掺加SY-K系列膨胀纤维抗裂。
为减小季节性温降造成的为应对超长结构的不利影响，结合本项目施工的季节条件，限定后浇式膨胀加强带合龙温度不高于5摄氏度，有效减小温降差。同时采用相应高标号低水化热水泥，严格控制水灰比，掺合料细度，加强混凝土养护等将纵向通长筋调整为三级钢10@150双层设置。
3 结语
随着社会经济的发展，各种新颖的建筑层出不穷，由于造型及使用功能的限值难以设置伸缩缝，超长结构越来越普遍。对于超长结构设计，对温度应力的控制，应贯穿施工及竣工后的整个过程。本文中所涉及的混凝土收缩应力的集中控制措施，由于单一应用时都多多少少存在局限性，宜多措并举，且不应遗漏各种细节设计。
参考文献：
[1]JGJ—2010 高层建筑混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]郭维维. 某超长结构分析与设计[J]. 山西建筑，2015，41，（32）：49-51.
[3]GB50010—2010 混凝土结构设计规范（2015年版）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.
[4]JGJT1782009补偿收缩混凝土应用技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008
作者简介：
李明义（1980-），男，高级工程师，国家一级注册结构工程师，硕士，主要从事建筑结构设计审查等工作。