一、概述
近年来，随着经济的快速发展，建筑行业也是突飞猛进，大面积混凝土结构的需求日益增长，国内大型的商业综合体、公共建筑、体育馆及满足各种功能要求的厂房纷纷涌现。要合理设计这些建筑结构，以下一些问题值得关注：
1）现阶段各类建筑工程仍以现浇混凝土结构为主，这类混凝土工程针对不同的使用功能要求应采用的结构体系；
2）由混凝土收缩及季节温差引起的结构内力的分析，这种间接作用在正常使用极限状态及承载力极限状态时的处理方法；
3）如何结合混凝土材料组分研究减小混凝土的收缩值，在保证强度等级的前提下，选择最优配合比以减少混凝土干缩，及对于采用双掺技术的混凝土，如何保湿养护才能保证其前期的微膨胀；
4）如何针对不同的施工季节、混凝土各龄期的收缩值及竖向构件抗侧刚度，合理设置超长混凝土结构的后浇带及施工缝；
5）采用何种施工方案及工艺措施，避免施工阶段混凝土结构的开裂或将裂缝宽 度限制在允许范围内；
6）收缩与温差引起的结构内力的异同；
以上几点都是工程设计人员需要关注的问题。由于工程建设的需要，设计人员已从设计工作中积累一些经验，但有些经验并不完全成熟，常常在某些工程中将各种抗裂措施叠加使用，使得业主为控制混凝土结构的开裂付出了很大的代价，甚而结构最终仍出现了严重的开裂。
笔者结合自身的工程经验及相关的规范、理论，浅析混凝土结构的裂缝问题，权当抛砖引玉，如有错漏，欢迎批评指正。
二、混凝土结构的裂缝控制
裂缝是混凝土结构中存在的主要问题。导致开裂的因素很多，探讨混凝土结构开裂的主要原因及抗裂措施，有助于建立合理的裂缝控制方法。
混凝土结构的裂缝可分为直接作用产生的裂缝及间接作用（如温差、收缩及不均匀沉陷等）引起的裂缝。对于荷载产生的结构裂缝及相应的裂缝计算方法较多，规范都列出了相应的裂缝宽度计算方法，而在裂缝的形成及发展期荷载引起的裂缝宽度的计算结果相差较大。近年来，一些学者提出了裂缝控制的概念，裂缝完全出现及稳定后的裂缝宽度计算值波动相对较小。现行《混凝土结构设计规 范》（以下简称“规范”）的计算方法是以简支梁承受长期荷载作用得到的试验数据为依据来考虑荷载裂缝宽度因混凝土收缩及徐变影响的增加量。间接作用引起的混凝土开裂及其展开是由温差、收缩引起的变形受到约束而引起的，其发展与荷载裂缝的发展有较大的差异，随机性更大。目前，对混凝土结构间接作用引起的裂缝控制做了大量的工程实践研究，取得了重要的研究成果。但间接作用引 起的裂缝影响因素多，特别是混凝土收缩既受到与之相连的外部构件的约束，又受到构件本身所配钢筋的约束。至今对这类裂缝的控制主要还是定性的，而直接作用与间接作用引起的裂缝相互影响的研究更为复杂，研究甚少。但超长混凝土结构设计中裂缝控制又是不能回避的问题。下面就结合超长混凝土结构相关的研究与实践取得的成果，主要针对间接作用引起的裂缝控制及间接作用与直接作用引起的裂缝相互影响与发展谈一些看法。
2.1 计算分析时不考虑间接作用的讨论
“规范”中对现浇钢筋混凝土结构不设伸缩缝的间距建议为55米（仅限框架结构），设计人员往往以此为依据确定设计中是否考虑间接内力的影响。近年来工程实践表明，某些工程按“规范” 建议的构造钢筋配置并不能将裂缝宽度控制在允许的范围内，引起了很多的工程质量纠纷。设计人员应该认识到同等级的混凝土品质相差很大，收缩量有很大的波动范围，特别是泵送混凝土收缩量更大。同时，不同混凝土结构中竖向构件的抗侧刚度也相差较大。
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“规范”中不设伸缩缝间距的建议基于过去几十年的工程经验，过去的混凝土组分相对简单，同强度等级的混凝土收缩量的波动性较小。现阶段同级别的水泥性质及各种外加剂的性质差异较大，相同强度等级的混凝土收缩量可能相差好几倍。因此，是否采用补偿收缩的混凝土在不设伸缩缝的超长混凝土结构设计中应有明确的说明。
混凝土结构中竖向构件的抗侧刚度是影响伸缩缝及后浇带设置间距的主要因素。重荷载结构柱的尺寸较大，高层建筑的裙房受到的约束也很大，此二种情况下，不设伸缩缝间距应比“规范”规定的数值要小得多。因此，明确定义超长混凝土结构的界限是很困难的，超长混凝土结构可定义为间接作用导致承重混凝土结构开裂超过规范限值的结构。
2.2 混凝土收缩引起的裂缝控制
混凝土构件的收缩既受到基础和竖向构件的约束，也受到内置钢筋的约束。收缩与约束的结合使混凝土构件产生拉应力，其会因混凝土徐变及应力松弛而减小，当净拉应力达到混凝土抗拉强度时将产生裂缝。
混凝土收缩应包括浇筑初期的塑性收缩、混凝土干缩及碳化收缩。
对于大面积混凝土楼面结构塑性收缩是一个通病，特别是采用泵送混凝土，因楼盖表面水泥浆较厚，无规律性裂缝较多。但这类裂缝一般深度较浅，只要通过对浇筑后的混凝土进行多次收水处理，初凝前再用铁滚筒碾压数遍及木蟹打磨压平即可使塑性收缩裂缝闭合。收面处理完成后及时覆盖一层草袋或麻袋并浇水保持湿润或蓄水养护。因而，设计中可不考虑这类裂缝。
混凝土干缩是由于混凝土硬化时毛细水损失而引起的收缩，其在混凝土收缩中所占的比例最大，也是引起结构开裂的主要因素。混凝土的抗拉强度通常在1.0~3.0Mpa之间，而干缩引起的拉应力常会超过混凝土的抗拉强度。在混凝土形成相应的抗拉强度之前，若早期的干缩应力较大，加上其他间接作用所引起的附加应力，会超过混凝土的自身抗拉强度，在施工阶段混凝土结构就会开裂。由 混凝土干缩引起的裂缝条数及宽度取决于早期干缩量及约束程度。
补偿收缩混凝土是这样一种混凝土，在混凝土浇筑之后及早期硬化过程中混凝土的体积增大，当膨胀受到内置钢筋及其他构件约束时，会在混凝土内产生压应力。补偿收缩混凝土产生的初始膨胀会减小或释放干缩而产生的拉应力。采用补偿收缩混凝土对施工阶段的裂缝控制是行之有效的方法，同时可利用先张拉部分预应力筋有效地提高混凝土结构的抗裂度。
简支构件由于混凝土的收缩徐变导致截面的刚度降低及裂缝开展已在“规范”的裂缝宽度及刚度计算公式中有所体现，但由竖向构件的约束而引起的轴向力和弯矩也会使已有的裂缝宽度增大及造成不允许出现裂缝的构件开裂。由于竖向构件约束引起的收缩内力既与竖向构件的抗侧刚度有关，也与构件本身的截面刚度有关。收缩引起的轴向拉力及弯矩会使荷载作用下的裂缝变宽，同时使构件截面刚度降低，相应的超静定内力也会随之减少。因此，混凝土收缩引起的结构内力与结构的受荷历史、裂缝的发展情况有关，只能采用逐步迭代的方法求解。
2.3 季节温差引起的裂缝控制
混凝土楼面结构的构件尺寸相对较小，因此，可不考虑构件内外温差引起的不均匀内力（大尺寸转换梁除外），同时应注意与收缩性质不同的是，温差引 起结构内力主要是由竖向构件的约束引起的（近似认为混凝土与钢材的线膨胀系数相等），并随环境温度的变化而变化。温差引起的结构内力的计算也应考虑结构体系的时变性、受荷历史及裂缝的发展情况，并不是每年同样的温差会产生相同的结构内力。由季节温差增加的裂宽或引起的开裂在升温时并不完全恢复。随着混凝土结构裂缝的稳定，各种随时间变化的参数稳定后，同样的温差引起的结构内力变化不大。
三、结语
混凝土结构工程实践中提出的技术问题促进设计理论的研究与探讨。混凝土结构设计涉及到与时间有关的材料基本性质，如变形模量、徐变、收缩等，均为随机变量，具有较大的离散性和不确定性，只能随着裂缝控制研究的不断深入逐步向定量方向取得发展。
参考文献：
[1]混凝土结构设计规范 GB50010-2010（2015年版）
论文作者:刘浏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 构件论文; 混凝土结构论文; 温差论文; 结构论文; 内力论文; 《基层建设》2019年第12期论文;