高層混凝土結(jié)構(gòu)中主要受力部位的裂縫分析及控制

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混凝土工程中材料的特性決定了結(jié)構(gòu)較易產(chǎn)生裂縫，從實(shí)踐中來看施工中混凝土出現(xiàn)裂縫的概率也是很大的，相當(dāng)一部分裂縫對(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)盡量在各方面給予重視，以避免裂縫的出現(xiàn)或把裂縫控制在許可的范圍之內(nèi)。
    一、高層建筑施工中幾個(gè)特殊部位的裂縫分析 
    1、大體積基礎(chǔ)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。高層建筑中基礎(chǔ)底板為主要的受力結(jié)構(gòu)，整體要求高，一般一次性整體澆筑。國內(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，在外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于此時(shí)混凝土的強(qiáng)度低，有可能產(chǎn)生表面裂縫。在降溫階段新澆混凝土收縮因存在較強(qiáng)的地基或基礎(chǔ)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，最后有可能形成貫穿裂縫。為解決上述二類裂縫問題，必須進(jìn)行合理的溫度控制。 
    混凝土溫度控制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，并有一定的安全系數(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?；炷羶?nèi)部的最高溫度大多發(fā)生在澆筑后的3～7天?；炷羶?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) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ＞4.0 
    ξ 0.23 0.35 0.48 0.61 0.73 0.83 0.95 1.0 
    ------------------------------------------------ 

    實(shí)測資料顯示，當(dāng)基礎(chǔ)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)/(cosh βL/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(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。 
    注意同期內(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：為避免裂縫出現(xiàn)，主要是減少△T。可采用合理選用材料，降低水泥水化熱，優(yōu)化混凝土集料的配合比，控制水灰比，減少混凝土的干縮，具體控制措施見后。如有可能，減少澆筑長度L，增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間減少降溫速率以相應(yīng)減少松馳系數(shù)對(duì)控制貫穿裂縫也有一定的意義。