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摘 要 如何控制现浇楼板的裂缝，成了工程技术人员密切关注和急于解决的重要课题。本文从设计、施工、材料等方面综合考虑，详细研究了各种因素对结构抗裂性能的影响，并提出了一些控制措施。
关键词 楼板裂缝；控制措施；低温混凝土；施加预应力
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)031-0150-02
1 现浇楼板的特点及裂缝成因
大面积楼板结构体系为了获得足够的使用面积和空间，往往采用大截面的柱子和超大跨度的梁。这种梁的截面尺寸较大，在混凝土浇筑时，梁的内部会产生可观的水化热，温度骤然升高。而樓板因厚度较小，散热面积较大，故混凝土浇筑时产生的热量较少，温度相应也较低。因此，梁的温度变化滞后于楼板，特别是在急冷急热变化时较为明显。由此产生的两种结构的温差与收缩变形差引起约束应力，板内呈拉应力，梁内呈压应力。由于降温引起的应力状态一直到梁板温度平衡时才消失，而收缩应力将长期保持下去。楼盖中的应力还会使柱子产生较大的侧移，若侧移较大，就会影响整个结构的安全性。大面积现浇楼板超长、超大的特点也增加了混凝土施工的难度。在施工期，裂缝主要由混凝土浇筑时的温度变形和收缩变形引起；在正常使用期，裂缝主要由季节温差和内外温差引起。当混凝土在约束下，由变形产生的拉应力超过材料本身的抗拉强度时就会开裂。
2 裂缝控制措施
2.1 从设计时考虑抗裂
1）减小梁、柱对楼板的约束作用。梁的刚度对现浇楼板内力的影响较大，减小梁的刚度可以降低梁和柱中的温度内力，虽然板的温度应力略有增加但增加幅度不大，因此在结构设计时可以适当考虑减小梁的刚度，以降低梁柱的温度内力。而柱子刚度对现浇楼板应力影响显著，柱子刚度越大，季节温差作用下楼板中部的拉应力越大，楼板与柱子接触的板面处，应力集中值也越大，大多数楼板开裂都与这种应力集中相关，因此，建议在设计中首先应尽量避免柱的分布过于密集，以减少楼板在密集柱处的应力集中；其次在满足承载力的条件下，适当减小柱的截面尺寸，从而减小柱子对楼板的约束作用，降低楼板中的拉应力。
2）计入温度荷载。以往的结构设计中，对于楼板的裂缝问题只是通过正常使用极限状态验算来控制裂缝的开展宽度。而计算温差和其它荷载时只是简单利用分项系数把两种情况下的荷载效应以绝对值的形式进行叠加，这种设计方法没有考虑温差效应作用方向，是不合理的，实际上温差效应是引起现浇楼板裂缝的重要因素，在结构设计时应当单独计算温差作用，用温差乘以荷载分项系数来考虑温差作用效应；并应根据温差作用效应和其它荷载效应作用的方向，求其矢量和来考虑组合效应；同时兼顾规范中有关温差效应的构造要求，加强构造措施。
3）适当增加板厚。对于浇楼盖楼板而言，板的厚度是一个基本的影响因素。板厚增加使得板面中部的应力值逐渐减小，楼板下部承重梁的轴向拉应力逐渐减小，这是因为结构整体降温时，板对梁的作用力与梁自身温差下的轴向力方向相反，板越厚对梁中温度应力的抵消越大，通过增加板厚可以减小温度应力的作用效应，从而避免板底的裂缝出现。
2.2 配制低温混凝土
配制低温混凝土主要可从以下几方面入手：
1）在混凝土拌合时，采用冷水或掺加冰屑的冷水进行拌合可有效降低拌合温度，从而降低浇筑温度。
2）在骨料入仓前喷洒冷水，或者将骨料如砂石等浸在冷水中以降低其入仓温度。
3）在混凝土浇筑前以及拌好的混凝土运输过程中，要及时对混凝土防晒防热，避免配制的低温混凝土受热温度上升。
4）混凝土浇筑时间应避开温度最高的时段，如选择夜晚气温比较低的时段进行浇筑。当因工期紧张，不能避开高温时段施工时，应力求缩短混凝土运输时间，加快混凝土入仓覆盖速度，缩短混凝土曝晒时间，对混凝土运输工具隔热遮阳等方法减少混凝土温度回升。
2.3 施工工艺
1）模板工程。模板工程对现浇楼板施工期温度场及温度应力有相当的影响。可采取以下措施：①估算混凝土的绝热温升，当预计构件的生热量较高并且在施工的时间段内没有较大气温变化时可以优先选择钢模板。②由于现浇楼板中的主次梁体形系数较大，生热量较高而散热速度又较慢， 过早的拆除模板会使底面和侧面的温度突然下降，构件中过早出现拉应力，而且在拆模时拉应力增大幅度往往超过混凝土的抗拉强度而导致构件表面出现裂缝。因此，建议适当延缓主次梁模板的拆除时间，避免温度梯度和应力梯度的增大， 推迟构件表面拉应力出现时间，减小裂缝开裂的机率。③施工前模板支撑体系应认真计算，上下层支撑应在同一垂直线并相互间设好拉杆形成整体，与下层楼板接触处应垫楔子，以满足强度、刚度和稳定性的要求。避免出现模板局部出现变形、沉降导致楼板开裂。
2）加强养护。施工期周围环境条件对建筑物的影响较大，比如日照、湿度、风速等。风力等级越大，混凝土构件中拉应力出现时间也越早，风力等级增大一级，主梁表面拉应力出现可提前近一天时间。因此在风力等级较大的施工环境下，应当加强对浇筑混凝土的覆盖保温。另外风速会影响构件表面的水分散失，当混凝土浇筑后，如遇到大风的情况，表面将引起强烈的干缩。因此在较大风速下的表面失水干缩将会成为楼板开裂的一个重要因素，因此保湿保温措施对现浇楼板尤其重要，除每天定时浇水养护以外，可先用一层塑料薄膜保湿，然后再在塑料薄膜上增大草袋覆盖量，这样即可以减小楼板失水收缩又可以大大减小混凝土的表面放热系数。
3）设置后浇带。为了减少混凝土收缩引起的楼板内力，现浇楼板在施工中往往设置后浇带。它是施工期间保留的临时性收缩变形缝，以释放大部分约束应力，然后以强度稍高的膨胀混凝土添缝，以抵抗残余收缩应力，最后进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。
4）施加预应力。预应力技术不仅可以有效的延长梁的跨度，增大柱子的间距，产生更大的空间，而且还具有对抗裂缝的先天优势，因此在设计现浇楼板时，可以在楼板内建立预压应力，用来抵消混凝土部分收缩及温度变形，是减少使用阶段现浇楼板裂缝的有效方法。在设计现浇楼板时，对板结构最好采用无粘结预应力钢筋，因为板通常连续许多跨，预应力筋相应要多波曲线布置以适应弯矩图，若采用有粘结预应力筋，则摩擦损失很大；另外，采用有粘结筋，要在大量扁平的孔道中灌浆，通常难以保证密实，反而使预应力筋容易受到腐蚀。
3 工程应用实例
某大面积现浇楼板工程，楼面189×81m，采用井字梁结构，每层层高8m。主梁截面尺寸1000×2000mm，跨度27m，中间主梁交界处设2000×2000mm 的主柱；次梁截面尺寸600×2000mm，跨度9m；楼板厚180mm；在结构外围设置密布柱间距9m，柱截面1500×1500mm，采用C35混凝土。混凝土密度为2400kg/m3，比热c=0.95×103J/（kg.℃），导热系数λ=5.9×103J/（h.℃.m），施工阶段，日最高温度40℃，最低温度22℃，浇筑温度30℃，模板采用20mm厚木模，第8天拆模。结构中部横向设一条后浇带。
工程投入使用后，会受到季节温差的影响，研究该工程在降温不利季节的温差下结构的受力情况。通过该工程所在地的温度场进行模拟计算，在季节温差作用下楼板应力分布情况如图1和图2所示。
图1 上层楼板主应力
图2 下层楼板主应力
在上层楼板中板面中部出现拉应力但数值较小，仅有0.031MPa；在纵向板边中部出现最大拉应力为0.233MPa；横向板边出现最大压应力为-1.17MPa。下层楼板中，板面主要为拉应力，中部的拉应力值为1.6MPa超过混凝土的抗拉强度；在纵向板边的中部拉应力最大，达到1.78MPa，超过混凝土的抗拉强度；沿纵向拉应力值由板中部向两边逐渐减小。对原工程进行改进，改进措施如下：①模板厚度不变，改用钢模板；②拆模时间推迟到第13天；③配制低温混凝土，浇筑温度为10℃；④改变下层楼板中后浇带的分布，平行于横向设置两条后浇带，再沿纵向对中设置一条后浇带，将楼板分成6个板区，每个板区的面积约为2500m2；⑤由于季节温差对梁的内力影响很大，因此给上下层楼板的主、次梁分别施加15000kN和2000kN的预压应力，以减小季节温差在梁中产生的拉应力。
通过以上改进后，用同样温度场进行了模拟计算，在季节温差作用下楼板的应力分布情况如图3和图4所示。由于主次梁施加了预压应力，上层楼板整个板面都处于受压的状态，板面中部大部分板区内压应力为-2.73M Pa。下层楼板只在纵向板边的中部出现了较小的拉应力约为0.09MPa，其余板面内全部为压应力，在板的中部压应力为-0.6993MPa，沿纵向由楼板中部向两边压应力逐渐增大，最大压力达到-5.446MPa。
图3 改进后上层楼板主应力分布图
图4 改进后下层楼板主应力分布图
通过以上计算分析可知，对该工程采用的改进措施是有效的。通过采用这些改进措施，大大减小了在各种温度作用下梁板中的拉应力，使结构构件基本处于一个不开裂的稳定状态。
4 结论
为减小或避免现浇楼板的裂缝，可采取以下措施：①变传统模板为钢模板，拆模时间推迟到13d以上；②现浇楼板混凝土采用低温混凝土；③在现浇楼板中间设置多条后浇带；④在楼板内建立预压应力可有效抵消混凝土部分收缩及温度变形。
作者简介
柳雄理（1963—），男，大专，工程师，江西萍乡人，国家注册一级建造师，国家注册监理工程师，长期从事建筑工程技术管理工作。
关键词 楼板裂缝；控制措施；低温混凝土；施加预应力
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)031-0150-02
1 现浇楼板的特点及裂缝成因
大面积楼板结构体系为了获得足够的使用面积和空间，往往采用大截面的柱子和超大跨度的梁。这种梁的截面尺寸较大，在混凝土浇筑时，梁的内部会产生可观的水化热，温度骤然升高。而樓板因厚度较小，散热面积较大，故混凝土浇筑时产生的热量较少，温度相应也较低。因此，梁的温度变化滞后于楼板，特别是在急冷急热变化时较为明显。由此产生的两种结构的温差与收缩变形差引起约束应力，板内呈拉应力，梁内呈压应力。由于降温引起的应力状态一直到梁板温度平衡时才消失，而收缩应力将长期保持下去。楼盖中的应力还会使柱子产生较大的侧移，若侧移较大，就会影响整个结构的安全性。大面积现浇楼板超长、超大的特点也增加了混凝土施工的难度。在施工期，裂缝主要由混凝土浇筑时的温度变形和收缩变形引起；在正常使用期，裂缝主要由季节温差和内外温差引起。当混凝土在约束下，由变形产生的拉应力超过材料本身的抗拉强度时就会开裂。
2 裂缝控制措施
2.1 从设计时考虑抗裂
1）减小梁、柱对楼板的约束作用。梁的刚度对现浇楼板内力的影响较大，减小梁的刚度可以降低梁和柱中的温度内力，虽然板的温度应力略有增加但增加幅度不大，因此在结构设计时可以适当考虑减小梁的刚度，以降低梁柱的温度内力。而柱子刚度对现浇楼板应力影响显著，柱子刚度越大，季节温差作用下楼板中部的拉应力越大，楼板与柱子接触的板面处，应力集中值也越大，大多数楼板开裂都与这种应力集中相关，因此，建议在设计中首先应尽量避免柱的分布过于密集，以减少楼板在密集柱处的应力集中；其次在满足承载力的条件下，适当减小柱的截面尺寸，从而减小柱子对楼板的约束作用，降低楼板中的拉应力。
2）计入温度荷载。以往的结构设计中，对于楼板的裂缝问题只是通过正常使用极限状态验算来控制裂缝的开展宽度。而计算温差和其它荷载时只是简单利用分项系数把两种情况下的荷载效应以绝对值的形式进行叠加，这种设计方法没有考虑温差效应作用方向，是不合理的，实际上温差效应是引起现浇楼板裂缝的重要因素，在结构设计时应当单独计算温差作用，用温差乘以荷载分项系数来考虑温差作用效应；并应根据温差作用效应和其它荷载效应作用的方向，求其矢量和来考虑组合效应；同时兼顾规范中有关温差效应的构造要求，加强构造措施。
3）适当增加板厚。对于浇楼盖楼板而言，板的厚度是一个基本的影响因素。板厚增加使得板面中部的应力值逐渐减小，楼板下部承重梁的轴向拉应力逐渐减小，这是因为结构整体降温时，板对梁的作用力与梁自身温差下的轴向力方向相反，板越厚对梁中温度应力的抵消越大，通过增加板厚可以减小温度应力的作用效应，从而避免板底的裂缝出现。
2.2 配制低温混凝土
配制低温混凝土主要可从以下几方面入手：
1）在混凝土拌合时，采用冷水或掺加冰屑的冷水进行拌合可有效降低拌合温度，从而降低浇筑温度。
2）在骨料入仓前喷洒冷水，或者将骨料如砂石等浸在冷水中以降低其入仓温度。
3）在混凝土浇筑前以及拌好的混凝土运输过程中，要及时对混凝土防晒防热，避免配制的低温混凝土受热温度上升。
4）混凝土浇筑时间应避开温度最高的时段，如选择夜晚气温比较低的时段进行浇筑。当因工期紧张，不能避开高温时段施工时，应力求缩短混凝土运输时间，加快混凝土入仓覆盖速度，缩短混凝土曝晒时间，对混凝土运输工具隔热遮阳等方法减少混凝土温度回升。
2.3 施工工艺
1）模板工程。模板工程对现浇楼板施工期温度场及温度应力有相当的影响。可采取以下措施：①估算混凝土的绝热温升，当预计构件的生热量较高并且在施工的时间段内没有较大气温变化时可以优先选择钢模板。②由于现浇楼板中的主次梁体形系数较大，生热量较高而散热速度又较慢， 过早的拆除模板会使底面和侧面的温度突然下降，构件中过早出现拉应力，而且在拆模时拉应力增大幅度往往超过混凝土的抗拉强度而导致构件表面出现裂缝。因此，建议适当延缓主次梁模板的拆除时间，避免温度梯度和应力梯度的增大， 推迟构件表面拉应力出现时间，减小裂缝开裂的机率。③施工前模板支撑体系应认真计算，上下层支撑应在同一垂直线并相互间设好拉杆形成整体，与下层楼板接触处应垫楔子，以满足强度、刚度和稳定性的要求。避免出现模板局部出现变形、沉降导致楼板开裂。
2）加强养护。施工期周围环境条件对建筑物的影响较大，比如日照、湿度、风速等。风力等级越大，混凝土构件中拉应力出现时间也越早，风力等级增大一级，主梁表面拉应力出现可提前近一天时间。因此在风力等级较大的施工环境下，应当加强对浇筑混凝土的覆盖保温。另外风速会影响构件表面的水分散失，当混凝土浇筑后，如遇到大风的情况，表面将引起强烈的干缩。因此在较大风速下的表面失水干缩将会成为楼板开裂的一个重要因素，因此保湿保温措施对现浇楼板尤其重要，除每天定时浇水养护以外，可先用一层塑料薄膜保湿，然后再在塑料薄膜上增大草袋覆盖量，这样即可以减小楼板失水收缩又可以大大减小混凝土的表面放热系数。
3）设置后浇带。为了减少混凝土收缩引起的楼板内力，现浇楼板在施工中往往设置后浇带。它是施工期间保留的临时性收缩变形缝，以释放大部分约束应力，然后以强度稍高的膨胀混凝土添缝，以抵抗残余收缩应力，最后进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。
4）施加预应力。预应力技术不仅可以有效的延长梁的跨度，增大柱子的间距，产生更大的空间，而且还具有对抗裂缝的先天优势，因此在设计现浇楼板时，可以在楼板内建立预压应力，用来抵消混凝土部分收缩及温度变形，是减少使用阶段现浇楼板裂缝的有效方法。在设计现浇楼板时，对板结构最好采用无粘结预应力钢筋，因为板通常连续许多跨，预应力筋相应要多波曲线布置以适应弯矩图，若采用有粘结预应力筋，则摩擦损失很大；另外，采用有粘结筋，要在大量扁平的孔道中灌浆，通常难以保证密实，反而使预应力筋容易受到腐蚀。
3 工程应用实例
某大面积现浇楼板工程，楼面189×81m，采用井字梁结构，每层层高8m。主梁截面尺寸1000×2000mm，跨度27m，中间主梁交界处设2000×2000mm 的主柱；次梁截面尺寸600×2000mm，跨度9m；楼板厚180mm；在结构外围设置密布柱间距9m，柱截面1500×1500mm，采用C35混凝土。混凝土密度为2400kg/m3，比热c=0.95×103J/（kg.℃），导热系数λ=5.9×103J/（h.℃.m），施工阶段，日最高温度40℃，最低温度22℃，浇筑温度30℃，模板采用20mm厚木模，第8天拆模。结构中部横向设一条后浇带。
工程投入使用后，会受到季节温差的影响，研究该工程在降温不利季节的温差下结构的受力情况。通过该工程所在地的温度场进行模拟计算，在季节温差作用下楼板应力分布情况如图1和图2所示。
图1 上层楼板主应力
图2 下层楼板主应力
在上层楼板中板面中部出现拉应力但数值较小，仅有0.031MPa；在纵向板边中部出现最大拉应力为0.233MPa；横向板边出现最大压应力为-1.17MPa。下层楼板中，板面主要为拉应力，中部的拉应力值为1.6MPa超过混凝土的抗拉强度；在纵向板边的中部拉应力最大，达到1.78MPa，超过混凝土的抗拉强度；沿纵向拉应力值由板中部向两边逐渐减小。对原工程进行改进，改进措施如下：①模板厚度不变，改用钢模板；②拆模时间推迟到第13天；③配制低温混凝土，浇筑温度为10℃；④改变下层楼板中后浇带的分布，平行于横向设置两条后浇带，再沿纵向对中设置一条后浇带，将楼板分成6个板区，每个板区的面积约为2500m2；⑤由于季节温差对梁的内力影响很大，因此给上下层楼板的主、次梁分别施加15000kN和2000kN的预压应力，以减小季节温差在梁中产生的拉应力。
通过以上改进后，用同样温度场进行了模拟计算，在季节温差作用下楼板的应力分布情况如图3和图4所示。由于主次梁施加了预压应力，上层楼板整个板面都处于受压的状态，板面中部大部分板区内压应力为-2.73M Pa。下层楼板只在纵向板边的中部出现了较小的拉应力约为0.09MPa，其余板面内全部为压应力，在板的中部压应力为-0.6993MPa，沿纵向由楼板中部向两边压应力逐渐增大，最大压力达到-5.446MPa。
图3 改进后上层楼板主应力分布图
图4 改进后下层楼板主应力分布图
通过以上计算分析可知，对该工程采用的改进措施是有效的。通过采用这些改进措施，大大减小了在各种温度作用下梁板中的拉应力，使结构构件基本处于一个不开裂的稳定状态。
4 结论
为减小或避免现浇楼板的裂缝，可采取以下措施：①变传统模板为钢模板，拆模时间推迟到13d以上；②现浇楼板混凝土采用低温混凝土；③在现浇楼板中间设置多条后浇带；④在楼板内建立预压应力可有效抵消混凝土部分收缩及温度变形。
作者简介
柳雄理（1963—），男，大专，工程师，江西萍乡人，国家注册一级建造师，国家注册监理工程师，长期从事建筑工程技术管理工作。