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佛山市建藝建筑設計有限公司 王學東
佛山市南海設計院 肖 棟
中國建筑科學研究院深圳分院 王倫兵
[提 要] 本文分析了建筑物的溫度裂縫形成的原因，并提出了對溫度效應產生的裂縫進行控制的方法。
[關鍵詞] 大體積混凝土 溫差 配筋率 裂縫控制
一、前言
建筑物因收縮與溫度效應引起的裂縫情況相當普遍，一些文獻也作了較多探討論述。設計規范④規定了混凝土結構伸縮縫的最大間距。但是，符合此規定的建筑物出現裂縫者仍較多。常見的屋面結構裂漏，孔洞、轉角處的斜向裂縫，影響正常使用，降低了耐久性，梁柱的位移推裂了墻體和飾面，在外觀上造成惡劣的影響。
二、溫度裂縫的形成
建筑物因溫度效應引起的裂縫主要有以下兩類：一類是大體積混凝土由于內外溫差產生溫度應力引起的裂縫；另一類是建筑物屋面梁板在日照溫度作用下產生的裂縫。
大體積混凝土由于內外溫差引起的溫度裂縫。如某大型地下工程，長達300余米的現澆鋼筋混凝土筏式基礎，每隔30～45米設置施工縫，部分區段出現30余條裂縫，個別裂縫是貫通的，寬度達3～6mm,但亦有100余米長范圍內基本上無裂縫。眾所周知，新鮮混凝土具有流動性材料的特性，隨時間的增長，混凝土逐漸硬化。在這一過程中因水泥水化所產生的大量熱量使混凝土溫度升高。另外，熱量從混凝土表面散發，由于混凝土導熱系數較低，內部熱量不易散發，混凝土內部形成溫度梯度，在硬化初期，表面混凝土的收縮受到內部的約束，從而使表面混凝土產生約束應力，當約束應力大于混凝土抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫。
防止大體積混凝土發生溫度裂縫的原則是減少混凝土內部的溫度梯度。在混凝土原材料的選擇、配合比的確定以及施工工藝等方面應該全面采取措施。如：保證混凝土具有較高的抗拉強度；選用水化熱較低的水泥；適量摻用優質的粉煤灰等活性混合材料，以保證混凝土中含有一定的膠凝材料總量的前提下盡量減少水泥用量從而減少水化熱；考慮骨料的種類，采用一部分彈性模量稍低的骨料；在施工中注意混凝土的均勻性，以提高混凝土的極限拉伸變形等。在養護方面采用蓄水法，減少表面熱量散失是減少溫度梯度的一個有效措施。根據理論分析和現場觀測資料，積極從溫度應力方面研究與混凝土實際變形性能相適應的一整套溫度控制措施，用以防止大體積混凝土發生有害的溫度縫。
建筑物屋面梁板由于受日照溫度應力的影響產生的裂縫。圖1⑥是某工程的屋面裂縫分布情況。在屋面四角有斜向裂縫，在中央部分有平行于屋面橫向的裂縫，裂縫分布范圍，疏 密程度沒有明顯規律性。即使在縱向長度未超過規范④的伸縮縫間距規定的情況下，也出現有多根平行于橫向裂縫。在圖1所示的三層單跨框架無隔熱層的屋面（帶裂縫）梁板上布置溫度及應變測點進行測試⑥。在常遇的較熱氣溫34－35℃時，框架梁頂底間溫差超過20℃的時段達3小時，板頂底間溫差約12℃；梁頂底間最大溫差約為28℃。當氣溫為36℃－37℃時梁頂底間最大溫差可達32℃。
根據葉偉年、雷預樞對日照溫度荷載作用下的鋼筋混凝土橫向框架內力分析。由于日照溫差作用于二跨及二跨以上的橫向框架頂層梁所引起彎矩比單跨大得多，在此就選擇有代表性的橫向為二跨及二跨以上的頂層框架梁，分析該梁在日照溫度作用下的內力計算。如圖2⑤即為某十二層框架結構橫向二跨及二跨以上的頂層框架梁，因日照溫度引起的內力用彈性方法分析程序⑤算出的彎矩圖。其中溫度假定沿梁頂底按線性分布，梁柱抗彎剛度未作折減。
通過分析，屋面無隔熱層時現澆整體式混凝土屋面板一般都會不同程度地出現裂縫。裂縫分布范圍，疏密程度也不一定呈明顯規律性。這是因為屋面梁板出現裂縫的主要原因為縱向的板內配筋多為“分布配筋”，其配筋率往往低于或接近最小配筋率，裂縫一旦出現就變得又長又寬。由于屋面板在恒載與溫度共同作用下，同時受到局部彎曲及整體彎曲作用，在平面上二個方向與梁的約束關系也較為復雜，可能受到拉、壓、扭、剪的作用。在日照強度，降溫收縮等方面比剪力墻處于更為不利的工作條件。因此，參照規范④中關于剪力墻配筋率的說明，建議屋面板在縱向采用雙層配筋，雙層配筋率之和不低于0.3％?？v向次梁裂縫 較少，可不考慮溫度內力。橫向為單跨的頂層框架梁日照溫度引起的跨中彎矩約為恒載彎矩的20％－40％；如果未作這方面計算，按恒載彎矩的30％增大配筋是適宜的。同時要求在梁的側面附加縱筋間距宜為200mm－300mm，以限制梁側裂縫的擴展。
對于有隔熱層的屋面，各類隔熱層對降低屋面溫差的效果各不相同，需作建筑熱工計算或參閱有關實測資料才能確定計算溫差。同時考慮隔熱層施工能否在屋面結構層施工完后緊密銜接上，若相隔時間太長，日照溫度內力仍需全部計入。
三、溫度裂縫的控制
溫度作用產生裂縫降低了建筑物的耐久性，應盡量避免建筑物產生溫度裂縫。建筑物溫度裂縫的控制可以從以下三個方面進行。
?。ㄒ唬┰O計方面：
1、增配構造筋提高抗裂性能。對溫度作用引起的裂縫控制，適當增大配筋是有效的。配筋應盡可能采用小直徑，小間距。采用直徑8－14mm的鋼筋和150mm間距是比較合理的。全截面的配筋率不小于0.3％，應在0.3％～0.5％之間，受力筋能滿足變形構造要求的，不再增加溫度筋；構造筋不能起到抗約束作用的，應增配溫度筋。對于大體積混凝土應該根據其工程施工的特點（整體澆筑或分層澆筑，泵送混凝土澆筑或非泵送混凝土澆筑等）增配承受因水泥水化熱引起的溫度應力及控制溫度裂縫開展的鋼筋，以構造鋼筋控制裂縫。對高爐基礎的圓形承臺還應配置雙向受拉鋼筋或鋼板箍。
2、大體積混凝土避免采用高強度等級混凝土，混凝土強度等級宜在C20～C35的范圍內選用；根據工程特點，盡量利用混凝土的后期強度，如60天、90天、120天強度，即允許工程在60天、90天或120天達到設計標號，這樣就可以減少水泥用量，從而減少水化熱和收縮。
3、當基礎設置于巖石類地基上時，在非地震區宜在混凝土墊層上設置滑動層，滑動層構造可采用一氈二油，盡量減少基礎的約束。
4、控制應力集中裂縫。建筑物的各種底板、立墻、頂板以及地下箱形基礎和其它特殊構筑物都可能遇到各種形狀的孔洞，如圓形的、方形的、矩形的等等。還有一些結構在長度方向遇到有斷面突變的情況。在孔洞及變斷面的轉角部位，由于溫度收縮作用，會引起應力集中，導致裂縫的產生。應在轉角或孔洞邊作構造筋加強，轉角處增配斜向鋼筋或網片。條件允許的話在孔洞邊界設護邊角鋼，即使是很小的角鋼（如邊寬50mm）也可起到良好的抗裂作用。
5、大體積混凝土工程施工前，應對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度、溫度應力及收縮應力進行驗算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫峰值、里外溫差及降溫速度的控制指標，制定溫控施工的技術措施。其目的是為了確定溫控指標（溫升峰值、里外溫差、降溫速度）及制定溫控施工的技術措施（包括混凝土原材料的選擇、混凝土拌制運輸過程中的降溫措施、保溫養護措施、溫度監測方法等），以防止或控制有害溫度裂縫（包括收縮）的發生，確保工程質量。6、合理設置后澆縫，也可以減少施工期間的較大溫差與收縮應力。
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1、合理選用材料的配合比，用較低的水灰比，減少混凝土用水量和水泥用量。
2、選用水化熱較低的水泥，適量摻用優質的粉煤灰等活性材料。
3、采用一部分彈性模量低的骨料，在施工中注意混凝土的均勻性，以提高混凝土的拉伸變形性能等。
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1、根據工程具體條件，對大體積混凝土采用保溫隔熱法進行養護，盡量延長混凝土拆模時間，盡可能多養護一段時間。
2、控制水化熱的升溫，混凝土中心與外表面的最大溫差不高于25℃～30℃；
3、相對大塊式、厚壁的混凝土工程，控制裂縫的主要因素是水化熱降溫引起的拉應力，所以必須盡可能減少入模溫度，薄層連續澆筑，隨后采取保溫養護。以減少內外溫差。很重要的一環是緩慢降溫，越慢越好，為混凝土創造充分應力松馳的條件，與此同時還要使混
凝土保持良好的潮濕狀態，這對增加強度和減少收縮是十分有利的。
四、結束語
1、提出了在日照溫度作用下，屋面框架梁應考慮溫度效應增加配筋，提出了屋面板構造配筋的設計建議，提出了屋面次梁可不作溫度效應的計算。
2、對于大體積混凝土增配承受因水泥水化熱引起的溫度應力及控制溫度裂縫開展的鋼筋，以構造鋼筋控制裂縫。對高爐基礎的圓形承臺還應配置雙向受拉鋼筋或鋼板箍。
3、大體積混凝土工程應降低水化熱以減少內外溫差產生的拉應力。
4、選用水化熱較低的水泥及適量摻用優質的粉煤灰等活性混合材料。
5、建筑物孔洞周邊需加強配筋或加設護邊角鋼防止裂縫產生。
參考文獻
[1]《結構物裂縫問題學術會議論文選集（Ⅰ）（Ⅱ）》，中國建筑工業出版社 1965年
[2]王鐵夢•《建筑物的裂縫控制》，上海科學技術出版社 1993年9月
[3]王鐵夢•《工程結構裂縫控制》，中國建筑工業出版社 2000年4月
[4]《混凝土結構設計規范》（GBJ10－89），中國建筑工業出版社 1989年
[5]葉偉年、雷預樞，日照溫度荷載作用下的鋼筋混凝土橫向框架內力分析，混凝土結構設計規范第五批科研課題論文 1996年3月
[6]雷預樞等，鋼筋混凝土屋面結構溫度效應的研究，混凝土結構設計規范第五批科研課題研究報告 1996年4月 | 
