高層混凝土結構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構較易產(chǎn)生裂縫，從實踐中來看施工中混凝土出現(xiàn)裂縫的概率也是很大的，相當一部分裂縫對建筑物的受力及正常使用無太大的危害，但裂縫的存在會影響到建筑物的整體性、耐久性，會對鋼筋產(chǎn)生腐蝕，是受力使用期應力集中的隱患，應當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。
    一、高層建筑施工中幾個特殊部位的裂縫分析 
    1、大體積基礎混凝土板 
    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。高層建筑中基礎底板為主要的受力結構，整體要求高，一般一次性整體澆筑。國內外大量實踐證明，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，集聚在內部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內部溫度將顯著升高，這樣在混凝土內部產(chǎn)生壓應力，在外表面產(chǎn)生拉應力，由于此時混凝土的強度低，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的地基或基礎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，所以降溫時產(chǎn)生的拉應力大于升溫時產(chǎn)生的壓應力。差值過大時，將在混凝土內部產(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)生的拉應力小于同期混凝土抗拉強度的標準值，并有一定的安全系數(shù)。為計算溫差，就要事先計算混凝土內部的最高溫度，它是混凝土澆筑溫度、實際水化熱溫升和混凝土散熱溫度的總和。混凝土內部的最高溫度大多發(fā)生在澆筑后的3～7天。混凝土內部的最高溫度Tmax可按下式計算： 
    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 
    ------------------------------------------------ 

    實測資料顯示，當基礎板厚大于2米時，上述公式的相對誤差在0.1%～1.3%之間，在計算溫差后，即可計算出降溫階段混凝土內部的溫度應力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，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)生約束應力時的齡期，τ——約束應力延續(xù)時間。 
    注意同期內由于混凝土收縮引起的應力應轉化為當量溫差，計入△T一并計算σxmax。 
    由(1)、(2)分析可知：為避免裂縫出現(xiàn)，主要是減少△T?？刹捎煤侠磉x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)護時間減少降溫速率以相應減少松馳系數(shù)對控制貫穿裂縫也有一定的意義。