【摘要】近年来，超长混凝土地下室结构在工程中普遍采用，裂缝控制作为超长混凝土地下室结构设计中的一个难点，需要给予特别的重视，本文分析了混凝土裂缝的成因，列举了目前设计中长采用的裂缝控制方法。
【关键词】超长混凝土地下室结构 裂缝 后浇带 跳仓法
近年来，随着我国城市化进程快速稳定发展，建筑行业的发展逐渐由高速度转向高质量，城市建筑形式由多层建筑转向中高层建筑，而且由于国家政策对土地审批的合理约束，私家车数量的增加，使得大量的超长地下车库建设不断的涌现。随着地下车库平面尺寸的增加，混凝土裂缝会愈发增多，裂缝是超长混凝土地下室结构中困扰结构安全和建筑物正常使用的一大难点。目前现有规范中为了解决由于混凝土收缩和环境温度变化引起的混凝土开裂，主要采用设置永久伸缩缝的方法，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）(2015年版）8.1.1条中对于室内或土中现浇的挡土墙、地下室墙壁等结构规定伸缩缝最大间距规定为30m，尽管8.1.3条规定如有充分的依据可适当增大伸缩缝间距，但是在实际项目中大多数的地下车库平面尺寸是远超过30m的，其长度往往长达百米甚至三百多米，而在百米的地下车库中设置过多的伸缩缝会带来建筑防水隐患，影响地下车库的正常使用，因此很该做法很难实行。目前在实际项目中一般采取不设或者少设置永久伸缩缝的处理方法。在这种情况下裂缝的控制显得尤为重要。
一．混凝土裂缝的形成
混凝土浇筑初期，混凝土由流态转变为固态的过程中会大量收缩，这种收缩在受到约束后会在混凝土内部产生拉应力，当拉应力超过该阶段混凝土的抗拉强度时便会产生裂缝。混凝土中裂缝的成因主要有两大类：荷载作用引起的裂缝和变形原因（收缩、温度、不均匀沉降）引起的裂缝。目前超长混凝土地下室结构设计中荷载作用引起的裂缝可以得到较准确的模拟，而变形因素引起的裂缝则较难精确的把握，根据国内外的调查资料显示，现有工程中结构物的裂缝由变形引起的占80%以上。
混凝土的收缩主要有以下几类：1.自生收缩，这种收缩是混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩；2.塑性收缩，这种收缩是由于混凝土水化反应在混凝土初凝阶段发生的，会在混凝土表面尤其是养护不良的部位产生无规则的裂缝；3.碳化收缩，这种收缩是大气中的二氧化碳与水泥中的水化物发生化学反应引起的；4.干缩即失水收缩。该过程是可逆的。
混凝土由温度引起的裂缝主要可分为水化热温差收缩引起的裂缝和环境温差收缩引起的裂缝。水化热收缩是由于水化反应在混凝土内部产生大量的热量，引起混凝土的膨胀，随着时间的发展水化反应产生的热量小于内部向外散发的热量时将会引起混凝土的降温收缩；环境温差收缩是指建筑物在使用过程中受自然环境变化引起的收缩，包括了日照温差和季节温差等。
由于混凝土裂缝的形成是要经历一个时间过程的，在这个时间过程中混凝土会经历徐变，超长混凝土结构的地下室受周边环境的约束不能自由变形，徐变会使结构温度应力松弛，这对结构是有利的，因此在设计过程中可以对弹性计算结果乘以应力松弛系数，王铁梦的《工程结构裂缝控制》中将应力松弛系数近似取值0.3~0.5，YJK软件中默认该系数为0.3.
二．裂缝控制
目前针对超长混凝土地下室结构不设永久变形缝的设计方法主要遵循防、抗、放的原则。
（1）“防”的原则就是采取减少混凝土水化热的方法，主要有选用低标号混凝土、降低水灰比、采用粒径较大的骨料、适当掺用粉煤灰代替水泥、分层浇捣、低温入模、加强养护、采用保温隔热措施减少降温收缩，充分发挥混凝土的应力松弛效应。
（2）“放”的原则就是减少对混凝土的约束，使得混凝土的变形能够自由发展。目前常用的方法有后浇带法、跳仓法。
2.1后浇带法：??后浇带分伸缩后浇带和沉降后浇带。伸缩后浇带的规范规定为《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第12.2.3条，该条规定高层建筑地下室不宜设置变形缝。当地下室长度超过伸缩缝最大间距时，可每隔30～40米设置贯通顶板、底板及墙板的施工后浇带。后浇带可设置在柱距三等分的中间范围内以及剪力墙附近，其方向宜与梁正交，沿竖向应在结构同跨内；底边及外墙的后浇带宜增设附加防水层；后浇带封闭时间宜滞后45d以上，其混凝土强度等级宜提高一级，并宜采用无收缩混凝土，低温入模。?沉降后浇带的规范规定为《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.4.20.2条，该条规定带裙房的高层建筑筏形基础应符合：当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时，宜在裙房一侧设置用于控制沉降差的后浇带，当沉降实测值和计算确定的后期沉降差满足设计要求后，方可进行后浇带混凝土浇筑。通过伸缩后浇带的设置将地下室分割为30~40米的区段，有效的减小约束，释放混凝土硬化过程中的收缩应力，减小和控制混凝土的初始裂缝。通过沉降后浇带的设置可以控释放不同高度建筑之间的构件内力，减小差异沉降。
2.2跳仓法：尽管后浇带的设置有上述种种好处，但是也有弊端，后浇带会带来施工进度、质量、环保、安全、管理等诸多方面的问题，跳仓法可以较好的解决这些问题。跳仓法起源于工业建筑领域，王铁梦教授从二十世纪七十年代探索工业厂房伸缩缝间距问题，取得理论成果并付诸实际工程。跳仓法的思想与伸缩后浇带一致，即基于水泥水化热释放速率较快，1~3d达到峰值，以后迅速下降的特点，将超长地下室混凝土结构分割为不大于米的小构体（仓），在浇筑混凝土的过程中采用了跳仓法，即先浇筑1、3、5、8、10、12仓，隔7d后再浇筑2、4、6、7、9、11仓。
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图1.分仓示意图
（3）“抗”的原则就是增大结构刚度以及强度储备，主要有一、提高超长地下室混凝土结构各构件的配筋率，设计阶段在设置后浇带或者采用跳仓法施工释放施工阶段温度应力的前提下，考虑日照温差和季节温差带来的结构在使用阶段的温度效应，进行弹性计算并考虑松弛效应的有利影响，设置温度钢筋。二、施加预应力，在结构承受变形荷载之前，通过施加预应力来抵消部分混凝土的收缩和温度应力。三、采用补偿收缩混凝土，补偿受损混凝土在混凝土硬化过程中会产生膨胀，以此来抵消混凝土的部分或者全部温度应力。四、采用极限变形能力较高的混凝土。
在设计中通长要综合采用放、防、抗的原则，以“防”为前提，“放”、“抗”相结合。在方案阶段充分利用地下室空间，减小地下室长度和高度；采用低标号混凝土，基础梁板不宜高于C40,外墙宜采用C30~C35、楼盖不宜大于C35,宜采用粉煤灰混凝土，添加减水剂，减小水灰比，施工图中注明入模温度；采用跳仓法施工或按照规范要求设置后浇带，控制后浇带浇筑时间，适当的设置膨胀加强带代替伸缩后浇带；设计阶段考虑日照温差和季节温差，布置温度钢筋。在地下室顶板中施加预应力。
三、总结
超长混凝土地下室裂缝的控制一直是结构设计面临的一大综合性难题，本文通过分析混凝土裂缝的成因，总结现有设计中常采用的方法。以期在后续设计中能更合理灵活的应用，不周之处，还望各位专家同仁指正。
参考文献：
1.王铁梦.工程结构裂缝控制的综合方法.北京：中国建筑出版社.
2.《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.
3.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011.
4.周笋 超长大体积混凝土跳仓法工程设计中的关键问题【J】.建筑结构 2019，49（18）：120-125.