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摘要：本文采用理论与实例相结合，分析超长钢筋混凝土结构所存在的，伸缩缝间距设缝问题。并验证无缝设计施工技术的成功应用。
关键词：超长结构；裂缝；后浇带；膨胀加强带
1 前言
超长结构是指钢筋混凝土建筑物长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的伸缩缝最大间距的结构。其伸缩缝设置主要是考虑混凝土长期经受热胀冷缩，干燥收缩和施工期间水泥水化热的影响而采取的有效对应措施。超长结构中能否采用无缝设计施工，以代替原有设伸缩缝后浇带施工是企业期待解决的新课题，亦是结构设计人员需要探讨和解决的技术问题。
2受力结构保持平衡、稳定，需要设置合理伸缩缝
裂缝是影响建筑结构正常使用极限状态的重要因素。裂缝产生的原因主要是由温度、收缩、基础不均匀沉降等引起的变形作用。其引起的裂缝涉及到结构设计、地基基础、施工技术、材料质量、环境影响等方面。伸缩缝允许间距为30m～55m(室内或土中长墙，剪力墙及框架)，露天条件下为20m～35m。伸缩缝或后浇带可以有效地控制裂缝，但是对于承受很大温差和收缩作用的现浇楼板、大截面梁、剪力墙及长墙等约束度较高的结构，裂缝的概率仍然很高。
采用后浇带取代永久伸缩缝时，由于后浇带中清理垃圾困难，接缝不密实，防水性差，后期可能会形成两条裂缝，因此后浇带的构造很重要。后浇带的间距不宜过长(30m左右)，填充封闭时间间隔不宜过短，以能将总降温及收缩变形进行一半以上为准。从干硬性混凝土改为流动性混凝土的收缩量来看，估计3个～6个月方能取得明显效果，最短不少于45d，在软土地区，填充时间在封顶以后，方可有效地释放差异沉降的应力。也是根据“抗放兼备，以放为主”的原则，利用UEA补偿混凝土作为结构材料，在硬化过程中产生的膨胀作用，由于钢筋和邻位约束，在结构中建立小量预压应力σc，考虑结构的安全，膨胀量不宜过大，且在硬化14d内基本结束。
底板的厚度(高度)远小于长、宽方向尺寸，当H／L≤0.2时，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域全截面受拉应力比较均匀，在地基约束下，出现水平法向应力σx，这是引起垂直分裂的主要应力。当水平法向应力σxmax超过混凝土抗拉强度f1时，在中部出现第一条垂直裂缝，一分为二，每块水平应力重新分布为σx，如果σx>ft，则形成第二批裂缝，这种有序性裂缝常在工程中见到。
3取消后浇带，代之以膨胀加强带新技术施工，优化施工操作程序
只有在较短的间距范围对削减温度收缩应力EaT起作用，超过一定长度后即使设后浇带也没有用，削减σxmax有效间距为40m～60m，这也是膨胀加强带间距范围。UEA混凝土在硬化过程中产生膨胀作用，在钢筋和邻位的约束下，钢筋受拉，混凝土受压，为了达到两者的平衡，须调整UEA掺量，使混凝土获得不同比例的预压应力，达到收缩应力等于膨胀预压应力。
在σxmax部位给予较大膨胀应力σc，在两侧给予较小的膨胀应力，全面地补偿结构的收缩应力，控制有序性裂缝的出现，这是取消后浇带的依据。补偿收缩混凝土在水中养护14d的限制膨胀率≥0.015％，其测定方法是用100mm×100mm×300mm试件中间预埋φl0限制钢筋骨架，当混凝土强度达到(3～5)MPa时脱模，用千分表测长仪测定初始长度，然后放入水中7d，14d测定其伸长率，防水工程的底板混凝土的限制嘭胀率ε2=0.02％～0.025％，侧墙ε2=0.03％～0.035％；后浇带或膨胀加强带的限制膨胀率ε2=0.035％～0.045为宜，要求混凝土膨胀率相当于0.035％～0.045％，强度等级提高5MPa，要掺入14％～15％UEA膨胀剂才能达到。
钙矾石膨胀对混凝土结构有微小破坏，7d抗压强度比普通混凝土下降10％左右属正常现象，28d强度完全能达到设计强度，掺膨胀剂混凝土下降10％左右属正常现象。28d强度完全能达到设计强度，掺膨胀剂混凝土7d抗压强度达到28d试配强度的70％便可达标。
4工程施工采用膨胀加强带的应用实例
以上所述，是从理论上认识结构裂缝的成因及消除有害裂缝的对应措施，以下所介绍的是笔者的应用实例。某大型商住楼，其中第一期工程建筑总面积为28万m2、2层地下室，长230m，宽150m。首层一二层裙房为商业用途，五栋三十二层塔楼为住宅，初步设计为伸缩缝后浇带，将整个平面分割成多个施工板块，以后浇带分隔。其具体施工措施如下：有防水要求的UEA无缝设计，在应力集中的σxmax位置(见图1)，设置一度混凝土膨胀加强带，宽度2m，带的两侧铺设密孔铁丝网，并用立筋(φ8@100)加固。施工时，加强带以外部分采用掺10％～l2％UEA微膨胀混凝土[膨胀率约(2-3)10x-4]，浇至加强带时，改用掺14％～15％UEA的大膨胀混凝土[膨胀率约(4～6)10×-4]，其混凝土强度等级比两侧高C0.5，到另一侧时，又改为浇注掺10％～12％UEA微膨胀混凝土。
如果混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求时，可以采用“图2”的“间歇式无缝施工法。”加强带一侧改为台阶式，施工缝凿毛清洗后，用掺14％～15％UEA的混凝土浇入后浇带，隨后用微膨胀混凝土浇在加强带另外一侧。
对受大气温度和风速影响较小，保温、保湿、养护操作较为容易的地下室，水池等防水结构的底板和多高层建筑的楼板，可采用“图1”的无缝设计，对于边墙，由于薄而暴露面大，立面养护困难，易受风速和温差的影响，则宜用“图3”的后浇加强带，分段浇筑墙体，等14d后再用掺14％～15％UEA的大膨胀混凝土回填。
对于柱与剪力墙连在一起的，由于柱截面和配筋率比墙体大很多，往往在相连部位出现过大的应力集中而开裂，为分散应力，在此处增设水平加强筋φ8～10@100，长度1000，其中200mm插入柱中，800mm插入墙中。由于墙体一般拆模早，养护困难，受温度影响大，水分蒸发速度快，容易开裂。为了控制温差和干缩引起的垂直裂缝，墙体的水平构造筋的配筋率不应小于0.5％，适当增加墙体厚度，并使用螺纹钢φ10～φ16，钢筋间距宜用150mm，不宜过大。
5结束语
由于正确按照超长结构无缝设计技术要求进行施工，在整个施工过程中，包括浇筑混凝土，浇筑后养护等，严格执行有关规范、规程，至今未出现影响结构安全使用的有害裂缝。工程提前60天完成，节约了施工成本，取得了一定的经济效益。在运用超长钢筋混凝土结构无缝设计技术及施工实践上，确认是行之有效的。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：超长结构；裂缝；后浇带；膨胀加强带
1 前言
超长结构是指钢筋混凝土建筑物长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的伸缩缝最大间距的结构。其伸缩缝设置主要是考虑混凝土长期经受热胀冷缩，干燥收缩和施工期间水泥水化热的影响而采取的有效对应措施。超长结构中能否采用无缝设计施工，以代替原有设伸缩缝后浇带施工是企业期待解决的新课题，亦是结构设计人员需要探讨和解决的技术问题。
2受力结构保持平衡、稳定，需要设置合理伸缩缝
裂缝是影响建筑结构正常使用极限状态的重要因素。裂缝产生的原因主要是由温度、收缩、基础不均匀沉降等引起的变形作用。其引起的裂缝涉及到结构设计、地基基础、施工技术、材料质量、环境影响等方面。伸缩缝允许间距为30m～55m(室内或土中长墙，剪力墙及框架)，露天条件下为20m～35m。伸缩缝或后浇带可以有效地控制裂缝，但是对于承受很大温差和收缩作用的现浇楼板、大截面梁、剪力墙及长墙等约束度较高的结构，裂缝的概率仍然很高。
采用后浇带取代永久伸缩缝时，由于后浇带中清理垃圾困难，接缝不密实，防水性差，后期可能会形成两条裂缝，因此后浇带的构造很重要。后浇带的间距不宜过长(30m左右)，填充封闭时间间隔不宜过短，以能将总降温及收缩变形进行一半以上为准。从干硬性混凝土改为流动性混凝土的收缩量来看，估计3个～6个月方能取得明显效果，最短不少于45d，在软土地区，填充时间在封顶以后，方可有效地释放差异沉降的应力。也是根据“抗放兼备，以放为主”的原则，利用UEA补偿混凝土作为结构材料，在硬化过程中产生的膨胀作用，由于钢筋和邻位约束，在结构中建立小量预压应力σc，考虑结构的安全，膨胀量不宜过大，且在硬化14d内基本结束。
底板的厚度(高度)远小于长、宽方向尺寸，当H／L≤0.2时，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域全截面受拉应力比较均匀，在地基约束下，出现水平法向应力σx，这是引起垂直分裂的主要应力。当水平法向应力σxmax超过混凝土抗拉强度f1时，在中部出现第一条垂直裂缝，一分为二，每块水平应力重新分布为σx，如果σx>ft，则形成第二批裂缝，这种有序性裂缝常在工程中见到。
3取消后浇带，代之以膨胀加强带新技术施工，优化施工操作程序
只有在较短的间距范围对削减温度收缩应力EaT起作用，超过一定长度后即使设后浇带也没有用，削减σxmax有效间距为40m～60m，这也是膨胀加强带间距范围。UEA混凝土在硬化过程中产生膨胀作用，在钢筋和邻位的约束下，钢筋受拉，混凝土受压，为了达到两者的平衡，须调整UEA掺量，使混凝土获得不同比例的预压应力，达到收缩应力等于膨胀预压应力。
在σxmax部位给予较大膨胀应力σc，在两侧给予较小的膨胀应力，全面地补偿结构的收缩应力，控制有序性裂缝的出现，这是取消后浇带的依据。补偿收缩混凝土在水中养护14d的限制膨胀率≥0.015％，其测定方法是用100mm×100mm×300mm试件中间预埋φl0限制钢筋骨架，当混凝土强度达到(3～5)MPa时脱模，用千分表测长仪测定初始长度，然后放入水中7d，14d测定其伸长率，防水工程的底板混凝土的限制嘭胀率ε2=0.02％～0.025％，侧墙ε2=0.03％～0.035％；后浇带或膨胀加强带的限制膨胀率ε2=0.035％～0.045为宜，要求混凝土膨胀率相当于0.035％～0.045％，强度等级提高5MPa，要掺入14％～15％UEA膨胀剂才能达到。
钙矾石膨胀对混凝土结构有微小破坏，7d抗压强度比普通混凝土下降10％左右属正常现象，28d强度完全能达到设计强度，掺膨胀剂混凝土下降10％左右属正常现象。28d强度完全能达到设计强度，掺膨胀剂混凝土7d抗压强度达到28d试配强度的70％便可达标。
4工程施工采用膨胀加强带的应用实例
以上所述，是从理论上认识结构裂缝的成因及消除有害裂缝的对应措施，以下所介绍的是笔者的应用实例。某大型商住楼，其中第一期工程建筑总面积为28万m2、2层地下室，长230m，宽150m。首层一二层裙房为商业用途，五栋三十二层塔楼为住宅，初步设计为伸缩缝后浇带，将整个平面分割成多个施工板块，以后浇带分隔。其具体施工措施如下：有防水要求的UEA无缝设计，在应力集中的σxmax位置(见图1)，设置一度混凝土膨胀加强带，宽度2m，带的两侧铺设密孔铁丝网，并用立筋(φ8@100)加固。施工时，加强带以外部分采用掺10％～l2％UEA微膨胀混凝土[膨胀率约(2-3)10x-4]，浇至加强带时，改用掺14％～15％UEA的大膨胀混凝土[膨胀率约(4～6)10×-4]，其混凝土强度等级比两侧高C0.5，到另一侧时，又改为浇注掺10％～12％UEA微膨胀混凝土。
如果混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求时，可以采用“图2”的“间歇式无缝施工法。”加强带一侧改为台阶式，施工缝凿毛清洗后，用掺14％～15％UEA的混凝土浇入后浇带，隨后用微膨胀混凝土浇在加强带另外一侧。
对受大气温度和风速影响较小，保温、保湿、养护操作较为容易的地下室，水池等防水结构的底板和多高层建筑的楼板，可采用“图1”的无缝设计，对于边墙，由于薄而暴露面大，立面养护困难，易受风速和温差的影响，则宜用“图3”的后浇加强带，分段浇筑墙体，等14d后再用掺14％～15％UEA的大膨胀混凝土回填。
对于柱与剪力墙连在一起的，由于柱截面和配筋率比墙体大很多，往往在相连部位出现过大的应力集中而开裂，为分散应力，在此处增设水平加强筋φ8～10@100，长度1000，其中200mm插入柱中，800mm插入墙中。由于墙体一般拆模早，养护困难，受温度影响大，水分蒸发速度快，容易开裂。为了控制温差和干缩引起的垂直裂缝，墙体的水平构造筋的配筋率不应小于0.5％，适当增加墙体厚度，并使用螺纹钢φ10～φ16，钢筋间距宜用150mm，不宜过大。
5结束语
由于正确按照超长结构无缝设计技术要求进行施工，在整个施工过程中，包括浇筑混凝土，浇筑后养护等，严格执行有关规范、规程，至今未出现影响结构安全使用的有害裂缝。工程提前60天完成，节约了施工成本，取得了一定的经济效益。在运用超长钢筋混凝土结构无缝设计技术及施工实践上，确认是行之有效的。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。