关于钢筋混凝土结构温度裂缝控制的若干见解.pdf
《关于钢筋混凝土结构温度裂缝控制的若干见解.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《关于钢筋混凝土结构温度裂缝控制的若干见解.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 53 卷 第 16 期2023 年 8 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.16Aug.2023 DOI:10.19701/j.jzjg.JG22019 作作者者简简介介:胡延汉,高级工程师,一级注册结构工程师,一级注册建筑师,Email:hz 。关于钢筋混凝土结构温度裂缝控制的若干见解胡延汉(广东中京国际建筑设计研究院有限公司,珠海 519000)摘要:钢筋混凝土结构构件因热胀冷缩而发生裂缝是建筑工程中常见的问题,裂缝的产生不仅与构件的长度密切相关,而且还与结构构件所受的不同“约束”状态密切相关。根据大量的工程实践,归纳出结构构件所受“约束”的几种典
2、型约束状态,从基本概念上明确温度伸缩裂缝产生的机理和控制方法,使得工程技术人员在设计和施工中减少盲目性、增强预见性,有效控制建筑物的温度裂缝。在特殊情况下,采取适当措施后,可适当地突破现行规范关于伸缩缝最大间距的规定。关键词:温度裂缝;约束;伸缩缝最大间距;叠加效应;抗推机构 中图分类号:TU755.7 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)16-0098-07引用本文 胡延汉.关于钢筋混凝土结构温度裂缝控制的若干见解J.建筑结构,2023,53(16):98-104,97.HU Yanhan.Some insights on temperature crack control
3、 in reinforced concrete structuresJ.Building Structure,2023,53(16):98-104,97.Some insights on temperature crack control in reinforced concrete structures HU Yanhan(Guangdong Zhongjing International Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd.,Zhuhai 519000,China)Abstract:Cracking in reinforc
4、ed concrete structural members due to thermal expansion and contraction is a common problem in construction engineering.The generation of cracks is not only closely related to the length of the members,but also closely related to the different“constraint”states of the structural members.Based on a l
5、arge number of engineering practices,several typical“constraint”states of structural members were summarized,the mechanism and control methods of temperature expansion cracks were clarified from the basic concept,which enables engineering and technical personnel to reduce blindness,enhance foresight
6、,and effectively control temperature cracks in buildings in design and construction.Under special circumstances,after taking appropriate measures,the maximum spacing of expansion joint in the current specification can be greatly broken through.Keywords:temperature crack;constraint;maximum spacing of
7、 expansion join;superposition effect;anti-push mechanism 0引言 房屋建筑工程温度裂缝普遍存在。笔者从事设计行业 50 余年,接触过大量的温度裂缝问题,认为若要较好地解决建筑物的裂缝问题,必须从概念上明确温度裂缝产生的机理和控制方法,通过设计和施工的密切配合,灵活地执行规范规定,才能做到防患于未然。本文在文献1的基础上,主要增加了“约束状态 4”以及更具说服力的工程实例,明确地指出剪力墙结构的温度区段长度可以超越框架结构的温度区段长度;本文内容主要涉及非严寒地区正常使用状态下的现浇钢筋混凝土结构(含砌体填充墙)的温度裂缝控制,指出温度应力
8、的大小变化不对结构构件在各种荷载作用下的力学性能产生根本性的影响。1影响温度变形缝长度的几个基本概念1.1 约束 从纯理论上讲,在无约束的条件下,构件的热胀冷缩并不产生拉应力,因此也不产生裂缝。然而,在工业民用建筑中,绝对的无约束几乎是不存在的,只是约束的形式不同、大小不同而已。例如:建筑物受地基的约束;混凝土结构的竖向构件与楼层梁板及填充墙相互约束;同一构件因两侧的温度不一致而导致“内”约束等等。当温度变化引起的约束应力(简称温度应力)超过混凝土的抗拉强度时,裂缝就不可避免地发生了。设计与施工的一个重要任务,就是要应用“防”、“放”、“抗”的原理2,将构件中混凝土的温度应力(拉应力)控制在一
9、定的范围内,从而避免有害裂缝(超出规范裂缝宽度限值)的产生。第 53 卷 第 16 期胡延汉.关于钢筋混凝土结构温度裂缝控制的若干见解1.2 伸缩缝 构件热胀冷缩,其温度应力的大小与构件材料、约束条件密切相关,并随构件长度的增大而增大,最后将趋近于(0.30.5)ET2(其中 E 和 分别为材料的弹性模量和线胀系数,T 为温差)。以C30 混凝土构件为例,当其截面面积为 1m2(相当于10cm 厚、10m 宽的楼板),温度变化 40时,较长构件产生的最大温度作用力为 3 6006 000kN。若要抵抗住如此巨大的作用力,虽然技术上能够实现,并据此可以将构件做得无限长,但工程造价必然明显增加。因
10、此,通过设置伸缩缝将构件长度限制在合理范围内,从而降低温度应力值和变形最大值,使裂缝控制经济可行,这就是设置伸缩缝的目的。在同一个温度区段内,由于各种材料的线胀系数不同,或同种材料所处的环境温度不同,都会产生伸缩差。若以 50m 长的混凝土构件(线胀系数1.010-5/)和 50m 长的粘土砖墙(线胀系数 0.510-5/)为例,并将相互间的连续约束简化为点约束,当温度变化 40 时,两者的伸缩将导致出现以下 4 种典型约束状态:(1)约束状态 1:如图 1(a)所示,混凝土构件长度的变化值 1=25 000mm1.010-5/(40)=10mm;砌体长度的变化值 2=25 000mm0.51
11、0-5/(40)=5mm;两者之间的伸缩差 =1-2=5mm。(2)约束状态 2:如图 1(b)所示,1、2、分别增大20、10、10mm,比图 1(a)状况增大了一倍。(3)约束状态 3:如图 1(c)所示,1、2、与图1(b)相同,也比图 1(a)增大了一倍,不过仅为负值(构件缩短,表现为构件开裂);若为正值,由于构件被压缩表现不出来。由此也提供了一个防裂的重要思路,即两端锁定后中部通过微膨胀建立预压应力可以有效防止超长构件开裂。(4)约束状态 4:如图 1(d)所示,若将约束设于四分点处,构件总长 L 不变,但 1、2、(包含中分点处)发生的伸缩值分别为5、2.5、2.5mm,变形值为最
12、小。图 1(d)实为图 1(a)和图 1(c)的组合体,单独列出意在推介一种可以增大伸缩缝间距的有效方法。图 1 是充分简化后概括出的几种约束状态,以便于说明问题。实际工程中,各种构件密切相关,相互影响,还有其他多种因素参与其中;同时,构件所受的约束也不会是点约束、零位移的绝对状况。各种复杂因素的影响导致裂缝变化多端,但是只要有约束体(后文称约束体为抗推机构)存在且水平图 1 典型约束状态抗推能力较大,就会或多或少地发生上述约束效应。我国现行混凝土结构设计规范(GB 500102010)(2015 年版)3中关于框架结构温度伸缩缝最大间距的规定,笔者认为主要是根据图 1(a)的情况(结构长向抗
13、侧移构造均匀、基本对称,或者抗推机构,如楼梯、电梯、设备井等位于长向中部,从而使得纵向中点为零位移或位移很小)确定的。此种情况下,由于最大变形值(单一构件变形的绝对值和构件之间变形的相对值)相对较小,加之邻位约束的互相消磨和混凝土徐变等有利影响,实际发生的伸缩值仅为理论值的 30%50%,故规范规定的伸缩缝最大间距值对防止结构构件开裂是有较高保证率的。但对于图 1(b)、(c)的情况,构件的伸缩变形值增大一倍,若温度区段的长度接近或超过规范规定的最大值而又未采取有效的措施,则结构构件开裂的机率就很大。案例 1:某厂两栋现浇框架结构工业厂房(图2),均为两层,分两期先后施工,伸缩缝处基础共用。由
14、于 B 栋底层右端端部有一个水平刚度很大的钢筋混凝土水池,相当于将 B 栋建筑物的一端予以锁定(同图 1(b),故导致 B 栋接近伸缩缝处的纵向填充墙严重开裂,还被误判为伸缩缝处基础下99建 筑 结 构2023 年沉所引起。主要强调的是,水池的存在使 B 栋长度相当于 662=132m,端部开裂应在预料之中;如果将66m 改为 48m,虽然建筑物总长 54m 已在规范伸缩缝长度的允许范围(室内为 55m)之内,但墙体产生裂缝的可能性仍然很高,皆由图 1(b)的约束状态决定。图 2 某厂两栋现浇框架结构工业厂房开裂示意案例 2:某框架结构建筑物,外纵墙左端发生明显裂缝(图 3),也是由于右端端部
15、开间的实墙填充,形成了类似图 1(b)的状况,导致左端窗洞处墙体成正反八字形开裂。此建筑物假若右端开间也为大洞口,则结构将成为图 1(a)的状况,填充墙很可能不裂或仅轻微开裂。如果左端端部开间也以实墙填充,则裂缝会在中部发生,若采取了添加微膨胀剂或留设后浇带等措施,则很可能不裂。这里的填充墙应是强度较高的实心砌体,与柱梁一起形成水平刚度很大的抗推机构。如果是低强度的轻质砌体填充,或者是设置有竖向控制缝,则约束状态可能类似于图 1(a),建筑物会不裂或仅轻微开裂。图 3 某框架结构建筑物外墙裂缝示意案例 3:某三层框架结构连排别墅(图 4),长度明显超长,由于平面上不便设置伸缩缝,结构约在四分点
16、处设置了混凝土抗推墙,形成了类似图 1(d)的约束状态,事实证明非常有效。此案例也表明图1(d)的约束状态是解决超长结构问题的一种有效办法。注意两端伸出抗推机构的长度一般不要超过规范规定的框架结构伸缩缝最大间距的 1/2;若还需加长,可在外伸段加设纵向预应力筋,从而建立起预压应力。中部约束状态类似于图 1(c),若采取相应措施(进行微膨胀),68m 尺寸还可进一步加长。此外,还有以下两种约束状况容易被忽视:一种是较长的地下室,两端的箱体具有极大的刚度又几乎被地基嵌固(图 5),若两端预先完成墙外土体回填,则嵌固程度更高,因此中部区域在降温收缩图 4 某三层框架结构连排别墅平面和干缩的双重影响下
17、,形成类似于图 1(c)的状况,极易发生受拉开裂,但另一方面也可通过设置后浇带、加强带,在中部区域轻而易举地建立起预压应力,从而使结构超长而不裂。根据此思路,笔者曾设计过多个 150m 左右长度甚至 307m 长的地下室,均未发生明显的开裂渗漏问题;另一种是尺度较大、长宽比例接近的框架结构(图 6),四角由于填充墙及角部楼板参与工作,特别当设有电梯井、楼梯间时,角部的空间刚度相对较大,对沿对角线两侧的楼板形成很强的约束,加之对角线的长度又明显大于楼层长度和宽度,因此板面容易出现垂直于对角线的裂缝。某二层框架结构的楼板和屋面板开裂(图 7),就明显具有上述特征:四个角部中,B、C角部因设置电梯间
18、及楼梯间,抗侧移刚度明显大于A、D 角,因此裂缝主要垂直于 BC 对角线发生(约束形态类似图 1(c)。图 5 较长地下室约束示意图 6 长宽比例接近的框架结构约束示意实际工程中,常因于建筑物一端或两端加设支撑,设置夹层或工作平台,设有刚度大的组合砌体,或设有混凝土水池、电梯井筒、楼梯间、设备支架等,形成类似图 1(b)、(c)的状况,导致结构温度变001第 53 卷 第 16 期胡延汉.关于钢筋混凝土结构温度裂缝控制的若干见解图 7 某二层框架结构平面形加大,这是设计中需要多加注意的。作为结构设计人员,在制定结构方案时,一定要在与建筑等专业充分协调的基础上,根据图 1 的多种约束形态合理布局
19、,对温度伸缩裂缝的控制做到心中有数。图 1 的约束形态并不难理解,建筑方案设计人员完全可以结合建筑功能及造型要求,对抗推机构和伸缩缝位置做出合理安排,尽量避免后期的过多修改和调整。除此以外,通过添加微膨胀剂而引起的裂缝事故也时有发生,导致部分工程技术人员对添加微膨胀剂的技术措施持怀疑和否定态度,而问题的根本是对工程的约束形态的重要性没有把握:图 1(a)、(b)的约束状态,添加微膨胀剂可能不起明显作用,甚至适得其反;只有图 1(c)、(d)的中部状态才可能通过添加微膨胀剂建立起预压应力,起到真正的防裂作用。工程实际中,坐落在坚硬岩基上的较大面积的地下室底板,发生收缩裂缝的概率很高,笔者认为原因
20、是岩基上的承台嵌入岩石、抗浮锚杆的设置等因素造成对底板的约束点过多过密,使得微膨胀剂的膨胀作用不能充分发挥。因此建议对岩基上大面积的底板施工,除应加强二次振捣泡水养护外,尚应采取以下措施:采用低水化热的水泥;混凝土配置宜按密实级配;适当增大微膨胀剂的使用量;采用跳仓法施工;若留设后浇带,分段长度尽量控制在 30m 以内。1.3 收缩与冷缩叠加效应 混凝土构件和砌体在正常使用条件下均会产生明显的材料收缩,因此在考虑结构构件之间因热胀冷缩引起变形差异的时候,还应十分注重收缩变形这个重要因素的影响。现浇混凝土结构的收缩量一般为(35)10-4,相当于构件降温 3050的变形量。粘土砖砌体的干缩量为
21、110-4,相当于降温 20的变形量。由于混凝土和粘土砖砌体的收缩值不同,两者之间收缩变形差异产生的应力相当于环境温度变化 1030产生的应力。此种收缩变形应力(不论是单种材料干缩变形产生还是两种材料干缩变形不一致产生)与温度变化产生的应力叠加,对于结构的热胀则起抵消减轻作用,对于结构的冷缩则起增强放大作用。工程结构中温度收缩裂缝的数量远远大于膨胀裂缝的数量,就是上述叠加效应所致。换句话说,绝大多数的裂缝都是干缩和冷缩相叠加的结果。防止结构裂缝是一个系统工程,作为工程技术人员,不能仅限于机械地遵守规范的规定值,而应具体问题具体分析,采取可靠的技术措施,力争避免和尽量减轻干缩与冷缩的不利叠加。需
22、特别指出的是,影响混凝土的收缩变形的因素诸多,如构件尺寸、混凝土强度等级、配筋大小、材料性能、坍落度、施工质量、养护条件、使用环境等,若不利因素集中,其收缩值可成倍甚至成 10 倍地扩大,裂缝发展的时间跨度可长达数年之久。抑制混凝土收缩变形,施工技术起着某种关键性的作用,特别是坍落度的控制和混凝土的早期养护。因此,对于大体积、大面积、大长度的构件,设计人员不能仅限于提出强度要求,还应针对性地对施工措施提出具体要求,防患于未然。1.4 主体结构的施工季节 建筑物主体结构的施工季节,特别是封顶时的气温是影响结构开裂的重要因素。一般地说,在低于年平均温度 20左右施工主体结构较为有利,因为此种气温下
23、施工的结构构件,相当于部分消除了降温收缩的不利影响,使得结构构件未来在温度季节性变化中,其最大收缩值和最大伸胀值接近相等,亦即伸缩变形的绝对值较小。在夏季最高气温时封顶的建筑物由于冷缩和干缩的不利叠加,最易产生收缩裂缝(特别是现浇屋盖)。实际工程中,一些建筑物并不超长或超长不多,施工质量良好,混凝土强度等级符合甚至超过设计要求,但建成后不仅屋面板严重开裂,而且各层楼板也大量开裂。究其原因,最主要是因为夏季施工,未来降温幅度大,冷缩严重,并与干缩叠加。因此,凡夏季施工主体结构,设计和施工应特别重视,不仅应采取设置后浇带、添加微膨胀剂、适当加强配筋等技术措施,还应对施工中混凝土构件的水泥品种、坍落
24、度控制、养护等提出具体要求,以期部分或完全消除混凝土干缩变形的影响。对于冬季施工主体结构的建筑物,由于升温的膨胀与混凝土、砌体的干缩相互抵消,一般情况下裂缝情况较轻微,偶见建筑物纵墙端部墙体发生因膨胀引起的正八字形裂缝。为避免扩大胀伸效应,101建 筑 结 构2023 年混凝土构件在施工中可以不加或少加微膨胀剂,并适当提高端部开间的抗外推荷载的能力。由于楼盖和砌体的相互约束,夏季施工的建筑物,砌体一般处于受压的有利状态,屋面板、楼板处于受拉的不利状态。此时,应重点防止板面开裂;冬季施工的建筑物,一般屋面板、楼板向四周胀伸而使砌体处于受剪受拉的不利状态,因此,要重点防止墙体开裂,特别是建筑物端部
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 关于 钢筋混凝土 结构 温度 裂缝 控制 若干 见解
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。