后浇带的设置、温度应力分析与控制

当房屋长度超出规范规定较多时，是否可只用后浇带来解决结构的温度应力问题?

不可以。后浇带只能用来消除或减少混凝土的收缩应力，不能直接解决房屋使用过程中的温度应力问题。对温度应力问题应采取综合措施加以解决。

[问题分析]

1.后浇带的设置

1)后浇带的主要作用在于减小施工阶段的结构长度，以减少混凝土的收缩应力及消除施工期间的差异沉降等;但其并不直接减少使用期间的温度应力，不宜仅采用施工后浇带来解决结构超长的温度应力问题。习惯上可将后浇带分为沉降后浇带和伸缩后浇带。后浇带的设置要求见表3.1.7-1。

2)后浇带的平面位置应结合基础及其以上结构布置综合考虑，宜设置在柱距三等分线附近(当后浇带位置可以上、下错开时，基础的后浇带宜设置在柱距的中部)，以避开上部梁板的最大受力部位。后浇带应设置在钢筋布设最简单的部位，避免与梁位置重叠;上部框架结构后浇带可与基础后浇带平面位置错开，但必须在同一跨内(见图3. 1.7-1);可曲折而行;应特别注意地下室与上部结构设缝位置的一致性问题。

3)由于后浇带的存在时间比较长，在此期间，施工垃圾进入带内不可避免，因此，施工图设计时，应留出空隙，便于清理(图3.1.7-2)。

4)当地下水位较高时，应考虑在基础施工完成后适当减少降水抬高地下水位(以节约降水费用，并减小因降水对周围已有建筑的影响等)的可能性，并在基础后浇带下及地下室外墙后浇带外侧采取加强措施:

(1)以基础底板自重平衡上升的地下水位，当仅考虑基础底板作为地下水平衡重量(基础底板上未采取其他的压重措施)时，其地下水上升的高度hw≤2h,其中，hw为从基础板底起算的地下水上升高度(m), h为后浇带两侧基础底板的厚度(m)。

(2)基础底板后浇带下钢筋混凝土抗水板，按两端支承在基础底板上的钢筋混凝土单向板计算，其计算跨度(m)可取后浇带宽度+0.2m,按水头为hw设计计算。

(3)应确定施工期间的安全水位和警戒水位值，施工过程中应加强监测，当遇有突发事件时，应采取相应加大降水或增加基础底板压重的技术措施，确保安全。

(4)后浇带抗水板做法见图3.1.7 3。

5)通过后浇带的板、墙钢筋应断开搭接，以便两部分的混凝土各自自由收缩;梁钢

筋可不断开，见图3.1.7-4。

注意:在伸缩后浇带内设置附加钢筋(大直径的纵向受力钢筋)的做法，加大了对后浇带两侧混凝土的约束，与设置后浇带的初衷相违背，不应采用。

2.后浇带混凝土的浇筑时机

1)混凝土收缩需要相当长的时间才能完成，在其浇筑完60天时，大致可完成收缩量的70% (注意:《防水规范》指出:混凝土的收缩变形在龄期为6周后才能基本稳定);

2)沉降后浇带，主要用以消除施工期间建筑物差异沉降对结构的影响，后浇带混凝土与其两侧混凝土的浇筑时间间隔应有足够的保证。

3)伸缩后浇带，主要用以减少早期混凝土收缩对结构的影响，后浇带的浇筑时间可适当前移;

4)依据建筑物的使用条件，合理确定后浇带的封带温度，可以减少在使用期间结构的温差，从某种意义上说，可部分地起到减小温度应力的作用。一般情况下，后浇带的封带温度，可按建筑物使用期间最大温差的中间值并适当偏低取值，如建筑物在使用期间的最高温度为35℃，最低温度为-10℃，则封带温度可取10℃。环境温度上升时，混凝土受压，而环境温度下降时，则混凝土受拉，故封带温度应适当偏低取值。

3.当结构区段长度较大时，应采用下列构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响

1)顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率，可执行《混凝土规范》第8.1节的规定。

2)顶层加强保温隔热措施，外墙设置外保温层。

3)每30~40m间距留出施工后浇带，带宽800~ 1000mm,钢筋采用搭接接头，后浇带混凝土宜在两侧混凝土浇筑两个月后浇灌。

4)顶部楼层改用刚度较小的结构形式，如当下部为剪力墙结构或框架-剪力墙结构时，顶部采用框架结构，或适当减少顶部剪力墙(但顶部取消部分剪力墙形成空旷房屋时应符合《高规》第3.5.9条的要求)数量等，或顶部设局部温度缝，将结构划分为长度较短的区段。顶层局部设置温度缝做法见图3.1.7-5。

5)采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂。

6)提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。

7)结构设计中也可采用补偿收缩混凝土技术，在结构收缩应力最大的地方给予相应较大的膨胀应力补偿。一般加强带的宽度约2m，带之间适当增加水平构造钢筋15%~20%，具体做法见图3.1.7-6 (但应注意:从实际工程应用情况看，加强带的作用有限)。

4.对超长结构应进行结构的温度应力分析，应合理确定环境温度并对计算的温度应力进行折减。

1)合理设置结构的温度缝以适当减小结构的温度区段长度，对减小结构的温度应力效果明显。

2)要根据结构的部位及受温度影响的实际情况，合理确定结构的环境温度。不同位置、不同类型的结构构件其环境温度的取值可以不同。如会展中心的屋顶钢结构，由于其对温度的传导性能强，受环境温度的影响明显，可以认为结构的实际温度与环境温度同步。而对于剪力墙住宅，一般均采取了保温隔热措施。外墙混凝土受温度变化影响较大，而内墙及室内其他混凝土构件受室外温度的影响较小，外墙混凝土与室内混凝土之间有一个温度梯度问题，环境温度对室内钢筋混凝土构件的影响有一个滞后的过程，应考虑钢筋混凝土构件不可能同时达到环境温度的可能性，采用合理的环境温度。

3)混凝土的徐变及钢筋混凝土应力的重分布能力，对最大温度应力有“削峰填谷”的调节作用，应合理取用温度应力折减系数。

4)影响结构温度应力的因素很多，目前情况下，对结构分析的温度应力计算结果一般都要大于实测结果，温度应力的计算尚处在估算的范围内。应加强结构的概念设计，对受温度变化影响比较大的结构及构件(如钢筋混凝土外墙、外悬挑构件等)，应采取结构构造及加强措施(如适当加强钢筋混凝土外墙的水平分布钢筋，楼层靠近外墙处设置适当的水平加强钢筋等)。

5)温度应力问题是结构设计中的难点问题，应重视概念设计，注意把握结构受温度影响的关键部位(平面的远端、有效楼板宽度较小的部位等)及关键构件(如框架柱、剪力墙等竖向构件)，加强结构构造措施。在温度场的确定及温度应力的计算模型选取等方面应注意以下问题:

(1)温度场的建立

温度场与建筑结构所处的温度环境有关，不仅受环境最高温度、最低温度的影响，而且还与温度场建立的温度(形成整体结构的初始温度，如后浇带混凝土强度形成过程中的封带温度、混凝土的收缩和徐变等)有关。

①结构所处环境的最高温度和最低温度，一般应根据工程的温度环境和使用要求确定，当建筑结构的保温隔热措施有效，建筑物室内温度受外部环境影响较小的冬季采暖、夏季全空调的建筑(如商场、酒店等)，以房屋使用阶段的室内温差为基数偏安全地取值(比使用阶段的室内最高温适当增加，比使用阶段的室内最低温适当降低)。

②温度场建立的温度即建筑结构温度场的初始温度，一般应取混凝土形成整体时的温度(如后浇带的封带温度)，是一个温度区间的等效温度(即后浇带混凝土在强度形成过程中的等效温度)，一般取比结构所处环境的最高温度和最低温度的平均值偏低的温度值(如当最高温度为30℃、最低温度为0℃时，其平均温度为15℃，可取温度场建立的温度为10℃)，《荷载规范》第9.3.3条规定:“混凝土结构的合拢温度一般可取后浇带封闭时的月平均气温，钢结构的合拢温度一般可取合拢时的日平均温度”，采取有效措施确保混凝土的合拢温度符合预设的温度场建立的温度要求。程序计算时，升温填正值(如升温20℃则填+20)，降温填负值(如降温10℃则填-10),填零则表示无温度变化。

③混凝土长期收缩的影响

混凝土构件在硬化过程中产生收缩，混凝土收缩是一个长期的过程，其最终收缩量与材料构成、构件尺寸、环境温度以及施工养护等多种因素有关。混凝土收缩在其内部产生拉应力，可把后浇带封闭后的残余收缩变形等效为结构的整体降温，混凝土收缩随时间变化的曲线见图3.1.7-8，可以发现，推迟后浇带的封带时间，可有效减少混凝土的残余收

缩变形。

(a)依据标准状态下最大收缩值(相对变形)，任何处于其他状态下的最大收缩应用各种不同的系数加以修正，素混凝土(包含低配筋率的钢筋混凝土)的收缩公式如下:

(b)标准状态指:水泥强度等级27.5;标准磨细度(比表面积2500~ 3500cm/g);骨料为花岗岩碎石;水灰比0.4;水泥浆含量Pr为20%;混凝土振捣密实;自然硬化;试件截面尺寸200mm×200mm (截面水力半径的倒数r =0.2);测定收缩前湿养护7d;徐变试验为28d加荷;周围空气相对湿度为50%;徐变试验应力为棱柱强度的50%。

(c)混凝土因素对极限收缩的修正系数

构件截面尺寸对干缩的影响，采用截面水力半径倒数作为反映截面在大气中的暴露程度。水力半径按水力学概念是河流横截面面积与其润周之比(润周是水与土基接触的周边长度)。混凝土构件的水力半径倒数，就是构件受大气包围截面的周长L (与大气接触的边长总和)与该周边所包围的截面面积F的比值，如:

400mm×800mm的钢筋混凝土梁，其水力半径倒数(1/cm)为:

r=(40+80+40+80)/(40×80)=0.075(1/cm)

而100mm厚，3200mm宽的钢筋混凝土楼板，其水力半径倒数为:

r=(10+320+10+320)/(10X320)=0.206(1/cm)

相同截面面积时，板的水力半径倒数比的梁要大数倍(本例0.206/0.075=2.75)，楼板(尤其是薄板)的收缩远大于梁，梁对楼板的收缩起一定的约束作用。

粉煤灰可降低水化热(掺水泥用量的15%时，降低水化热15%左右)，掺粉煤灰的混凝土早期抗拉强度及早期极限拉伸有少量降低(约10% ~20%)，后期强度不受影响，因此，对早期抗裂要求较高的工程，当粉煤灰的掺量控制在较小范围内(不超过20%，超过30%时为大掺量)时，对收缩没有明显影响。

(d)混凝土所处的大气环境，如温度、湿度、风速等都对其收缩产生影响，特别是风速的影响不可忽视，风速的增大加速了混凝土水分蒸发的速度(即干缩速度)，容易引起表面裂缝，因此，处于山口、高空、高对流等施工场所应特别注意。其他因素对极限收缩与徐变的修正系数如下:

[例3.1.7-1]深圳某工程混凝土等效收缩降温计算

本工程典型平面尺寸360m×220m;梁板采用HRB400钢筋，C35混凝土，42.5级普通水泥，水泥细度3500cm/g;骨料为花岗岩;水灰比0.45;水泥浆含量PT=30%;混凝土机械振捣密实;自然硬化;后浇带封带时间为120d;对应于不同等效楼板厚度(120mm、130mm、150mm和180mm)的截面水力半径倒数分别为:

γ120=(12+22000)×2/(12×22000)=0.167(1/cm)

γ130=(13+22000)×2/(13×22000)=0.154(1/cm)

γ150=(15+22000)×2/(15×22000)=0.133(1/cm)

γ180=(18+22000)×2/(18×22000)=0.111(1/em)

各修正系数取值举例如下:

[例3.1.7-2]北京某工程混凝土等效收缩降温计算

本工程典型平面尺寸185m×50m;梁板采用C35混凝土，42.5级普通水泥，水泥细度3500cm/g;骨料为花岗岩;水灰比0.45;水泥浆含量PT= 30%;混凝土机械振捣密实;自然硬化;后浇带封带时间为90d;对应于不同等效楼板厚度(120mm、150mm和180mm)的截面水力半径倒数分别为:

r120=(12+5000)×2/(12×5000)=0.167(1/cm)

r150=(15+5000)×2/(15×5000)=0.134(1/cm)

r180=(18+5000)×2/(18×5000)=0.112(1/cm)

④混凝土的徐变影响

(a)任意状态下的最大徐变依据标准状态下最大徐变值(相对变形)，任何处于其他状态下的最大徐变应用各种不同的系数加以修正，计算公式如下:

(b)标准状态下，单位应力引起的最终徐变变形称为徐变度，以C0表示，见下表:

(c)由表3.1.7-19及图3.1.7-9可以看出:混凝土龄期t(加载起始时间)越早(越小)，经历时间t越长，应力松弛越显著，混凝土结构浇筑20d后已经足够老化，产生约束变形，这时的龄期影响很小，可以忽略不计，松弛系数C只与发生约束变形后的经历时间t有关。考虑徐变的计算可简化为按常规计算弹性应力再乘以松弛系数，这种计算方法对于低配筋率(0.15%~1%)结构是可行的。实际工程中，让随时间出现的变形的级差尽量小，持续时间尽量长，即尽可能缓慢降温，缓慢收缩和沉降等，就是“利用时间控制裂缝”已被不少工程所证实。

实际工程中，混凝土徐变应力松弛系数一般可取0.3。

(d)缓慢升温突然降温，尽管温差相同，但拉应力超出混凝土的抗拉强度，可引起开裂;缓慢升温又经恒温再突然降温，引起的拉应力更大。

(e)结构承受变化的温差、周期性的温差以及随时间增加的收缩作用下的内力分析，都应当考虑徐变作用，哪怕是采用最简单的乘以松弛系数的办法。

(f)一般说来，徐变引起弹性应力大幅度降低，是有利的，温度应力按弹性计算过于保守，造成浪费，有时超过应配钢筋一倍以上。

(g)徐变引起的应力松弛也有不利的一面，随时间变化的变形荷载可能引起异号应力，在压应力区引起拉应力，因此，在有抗裂要求的受压区应配置适当的构造钢筋。

⑤计算温度的确定

(a)确定后浇带的封带温度T0(如20±5℃即15~25℃)

(b)确定正常使用阶段房屋的最高温Tmax和最低温Tmin:

考虑混凝土结构的“热惰性”，短时间内的温度变化不会对结构产生明显影响，温差主要由月平均温度控制(空调房间，正常使用温度约为20~26℃)。

对钢结构，考虑其对温度良好的传导性能，温差主要由日平均温度控制。

(c)设计温差取值(考虑温度和收缩综合效应):

地面以上结构，升温26-15=11℃，降温25-20=5℃，考虑等效收缩降温后，计算升温及降温。地下二层及其以下部位常年接近恒温，可取温差5℃考虑，地下一层可取地下二层与上部结构的平均温差计算，如:

由表3.1.7-20及表3.1.7-21可以发现，由于后浇带的封带温度T.设置的不合理，导致上述两算例中计算升温和计算降温的绝对值差别较大，不利于温度应力的控制，实际工程中应调整后浇带的封带温度，使计算升温和计算降温的绝对值大致相等。

(2)温度梯度问题

温度对建筑结构的影响与结构在温度场中的位置有关，建筑物周边的结构受环境温度的影响较为明显，当环境温度改变时，结构的温度也跟随改变，但改变的幅度不同，在建筑物内部离建筑物周边越远，则结构温度改变的幅度越小，这就是温度梯度问题。

(3)温度应力的计算模型

①温度对构件的影响是不均匀的，但现有程序在温度应力的计算过程中，无法考虑温度梯度的影响，假定建筑结构处在一个均匀的温度场中，建筑结构中的所有构件同时处在同样的升温或降温的环境中，这种均匀膨胀或收缩的温度作用模式，比较适合于钢结构(对钢构件，由于其传热性能好，截面较薄，当环境温度变化时，可以认为截面中的温度是均匀变化的)，而对实心混凝土结构计算的温度应力偏大。

②温度应力计算时，应采用弹性楼板模型，否则，在刚性楼板假定下，梁的膨胀或收缩收到平面内“刚性楼板”的约束，柱内不会产生剪力和弯矩，相应地梁内也不会产生弯矩和剪力，仅有轴力作用，计算结果偏小，偏于不安全。结构设计时，应特别注意对平面纵向端部框架柱柱端内力和配筋的检查，注意对平面端部纵向剪力墙的核查。

③目前，程序按线弹性理论计算结构的温度效应，对于钢筋混凝土，考虑到徐变应力松弛特性的非线性因素，实际的温度应力将小于按弹性计算的结果，实际工程计算中一般取徐变应力松弛系数0.3，混凝土构件截面弹性刚度折减系数0.85，取综合折减系数0.3X0.85=0.255 (宜直接对温度折减)。但对钢结构可不考虑此项折减。

④对温度效应应进行合理组合，一般情况下，温度效应可不与地震作用效应、不与人防荷载效应、不与消防车荷载效应等组合。

《荷载规范》第9.1.3条规定:温度作用的组合值系数0.6,频遇值系数0.5,准永久之系数0.4。一般可将温度作为一种荷载来考虑，温度效应与重力荷载效应可按公式(3.1.7-7)组合:

对特殊工程可根据工程需要由设计人员设定不同于程度内定的组合方式，并调整分项系数。

6)实际工程中，超长结构的温度应力问题应主要通过采取恰当的构造措施予以解决，建议如下:

(1)框架梁设计(见图3.1.7-10)，梁顶跨中应根据需要设置不少于两根通长钢筋，

通长钢筋可以是框架梁两端支座钢筋直通(含机械连接)，也可以是跨中钢筋与框架梁两端支座钢筋的受力搭接(满足Ll要求);梁两侧应设置腰筋，腰筋与主筋及腰筋之间间距宜s≤200mm,腰筋在框架梁两端支座应按受拉锚固设计(锚固长度满足la要求，即腰筋满足抗扭纵筋的锚固要求，在施工图中应将钢筋“G”改为“N")。

(3)楼板设计，楼板的跨中贯通钢筋(或与支座负筋按受拉搭接)的配筋率不应小于《混凝土规范》第9.1.8条的要求，每层每方向的配筋率均不应小于0.10% (建议配筋率见表3.1.7-22)。注意，楼板下铁在支座应尽量拉通，否则，应至少每隔一根在支座按受拉锚固设计。采取上述构造措施后楼板钢筋计算时，一般可不考虑温度应力的影响(相关问题见框架梁)。

7)考虑温度应力对结构的影响时应重点关注楼板和主要抗侧力构件(如框架柱或剪力墙等)，温度应力对结构影响的大或小，主要取决于结构侧向刚度的大和小，结构侧向刚度越大、结构超长越多，楼板结构受温度应力的影响越大;当结构的单元长度超过规范规定限值较多，且结构为侧向刚度较大的剪力墙结构或框架-剪力墙结构时，楼板结构受温度应力的影响也越大。

8)关于基础混凝土，《高规》第12.1.12条规定:当采用粉煤灰混凝土时，其设计强度等级的龄期宜可60天或90天。在满足设计要求的条件下，地下室内、外墙和柱子采用

粉煤灰混凝土时，其设计强度等级的龄期可采用相应的较长龄期。