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一、高层建筑施工中几个特殊部位的裂缝分析
1、大体积基础混凝土板
高层建筑中随着高度的不断增加，地下室愈做愈深，底板也愈来愈厚，厚度在3m以上的底板已屡见不鲜。高层建筑中基础底板为主要的受力结构，整体要求高，一般一次性整体浇筑。国内外大量实践证明，各种大体积混凝土裂缝主要是温度变化引起。大体积混凝土浇筑后在升温阶段由于体积大，集聚在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，这样在混凝土内部产生压应力，在外表面产生拉应力，由于此时混凝土的强度低，有可能产生表面裂缝。在降温阶段新浇混凝土收缩因存在较强的地基或基础的约束而不能自由收缩。升温阶段快，混凝土弹性模量低，徐变的影响大，所以降温时产生的拉应力大于升温时产生的压应力。差值过大时，将在混凝土内部产生裂缝，最后有可能形成贯穿裂缝。为解决上述二类裂缝问题，必须进行合理的温度控制。
混凝土温度控制的主要目的是使因温差产生的拉应力小于同期混凝土抗拉强度的标准值，并有一定的安全系数。为计算温差，就要事先计算混凝土内部的最高温度，它是混凝土浇筑温度、实际水化热温升和混凝土散热温度的总和。混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的3～7天。混凝土内部的最高温度Tmax可按下式计算：
Tmax＝To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O)(1)
式中：T0——混凝土的浇筑温度(℃)
W——每m3混凝土中水泥(矿渣硅酸盐水泥)的用量(kg/m3)
F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)
Q——每kg水泥水化热(J/kg)
C——混凝土的比热
r——混凝土的密度
ξ——不同厚度的浇筑块散热系数(见表1)
不同厚度的浇筑块散热系数
表1
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厚度(m)1.01.52.02.53.03.54.0＞4.0
ξ0.230.350.480.610.730.830.951.0
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实测资料显示，当基础板厚大于2米时，上述公式的相对误差在0.1%～1.3%之间，在计算温差后，即可计算出降温阶段混凝土内部的温度应力σ(2)xmax
σxmax＝EαT(1-(1)/(coshβL/2))H(t,τ)………(2)
式中：E——混凝土的弹性模量(N/mm2)
α——混凝土的线膨胀系数(10-5/℃)
T——温差(℃)
L——板长(mm)
β＝Cx／HE
H——板厚(mm)H＞0.2L时，取H＝0.2L
Cx——地基水平阻力系数(N/mm3)
H(t，τ)…考虑徐变后的混凝土松驰系数，
其中，t——产生约束应力时的龄期，τ——约束应力延续时间。
注意同期内由于混凝土收缩引起的应力应转化为当量温差，计入T一并计算σxmax。
由(1)、(2)分析可知：为避免裂缝出现，主要是减少T。可采用合理选用材料，降低水泥水化热，优化混凝土集料的配合比，控制水灰比，减少混凝土的干缩，具体控制措施见后。如有可能，减少浇筑长度L，增加养护时间减少降温速率以相应减少松驰系数对控制贯穿裂缝也有一定的意义。
2、地下室混凝土墙板及楼板的裂缝分析
地下室墙板的裂缝产生与基础大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处，即混凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变，在水泥水化热产生的升温达到最高点以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点：一是墙板受到基础、楼板受到地下室外墙的极大约束，这种约束远大于桩基对基础的约束，产生贯穿裂缝的机率大。二是内墙板及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小，产生表面裂缝的机率小。四是养护困难，散热快、降温速率大，混凝土的松驰徐变优势难以利用，在气温骤变季节尤应注意。
在计算板内最大拉应力时仍可利用公式(2)，但有以下几点应注意：
1)H取0.2L，L为整浇长度；
2)Cx取值应大于1.5N/mm3因为连接部位有较强钢筋约束；
3)计算温差T时，要考虑底板及外墙(兼作围护情况下)紧靠土体，受环境温差小，而被它们约束的墙板及周边楼板在施工过程中基本同外界温度同步变化。
4)若底板墙板施工间隔过长、外墙兼作围护时，则在计算混凝土收缩时应注意约束体与被约束体的收缩期不同，收缩量也不相同。
3、高强混凝土裂缝分析
目前高层建筑中已广泛使用C40～C60中高强混凝土，随着材料科学的迅速发展，C80～C120的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。
高强混凝土由于其水泥用量大多在450～600kg/m3)，是普通混凝土的1.5～2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土，出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。
高强混凝土因采用高标号水泥且用量大，这样在混凝土硬化过程中，水化放热量大，将加大混凝土的最高温升，从而使混凝土的温度收缩应力加大。在叠加其他因素的情况下，很有可能导致温度收缩裂缝。由于高强混凝土中水泥石含量是普通混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸发引起的干缩也将大于普通混凝土。
二、裂缝的控制措施
1、设计措施
1)增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。
2)避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
3)在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。
4)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
2、施工措施
1)严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少(1～1.5%以下)。
2)细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。
3)浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。
4)根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少用水量，减少水化热和收缩。
5)加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。
6)混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上，混凝土的现场试块强度不低于C5。
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2.混凝土结构裂缝成因
混凝土是一种抗拉能力很低的脆性材料，在施工和使用过程中，当发生温度、湿度变化、地基不均匀沉降时，极易产生裂缝。
2.1材料质量
材料质量问题引起的裂缝是较常见的原因。
2.2结构受荷
结构受荷后产生裂缝的因素很多，施工中和使用中都可能出现裂缝。如：拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉预应力值过大等等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了30％—40％的设计荷载时，就可能出现裂缝，肉眼一般不能察觉，而构件的极限破坏荷载往往在设计荷载的1．5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的(这类裂缝有的文献称之为无害裂缝)。在钢筋混凝土设计规范中，分别不同情况规定裂缝的最大宽度为0．2mm～0．3mm，对那些宽度超过规范规定的裂缝，以及不允许开裂的构件上出现裂缝，则应认为有害，需加以认真分析，慎重处理。
2.3设计构造
结构构件断面突变或开洞、留槽引起应力集中；构造处理不当、现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋、或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素容易导致混凝土开裂。
2.4温度变形
混凝土是具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时，就会产生温度变形，由此产生附加应力，当这种应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。在工程中，这类裂缝较多见，譬如现浇屋面板上的裂缝，大体积混凝土的裂缝等。
2.5湿度变形
混凝土在空气中结硬时，体积会逐渐减小，称为干缩。收缩裂缝较普遍，常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等，通常是因为养护不良造成。
2.6地基变形
在钢筋混凝土结构中，造成开裂主要原因是不均匀沉降。裂缝的大小、形状、方向决定于地基变形的情况，由于地基变形造成的应力相对较大，使得裂缝一般是贯穿性的。
2.7施工工艺
(1)混凝土是一种人造混合材料，其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能是裂缝产生的直接或间接成因。(2)水分蒸发、水泥结石和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的重要原因。(3)模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都可能造成混凝土开裂。施工过程中，钢筋表面污染，混凝土保护层太小或太大，浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。(4)混凝土养护，特别是早期养护质量与裂缝的关系密切。早期表面干燥或早期内外温差较大更容易产生裂缝。
2.8徐变
混凝土徐变造成开裂或裂缝发展的例子工程中也很常见。据文献记载受弯构件截面混凝土受压徐变，可以使构件变形增加2倍～3倍；预应力结构因徐变会产生较大的应力损失，降低了结构的抗裂性能。
3.混凝土结构裂缝的预防措施
通过以上分析，在工程裂缝中有很大一部分是可以通过设计手段、施工手段来克服的。
3.1材料方面措施
(1)水泥
根据工程条件不同，尽量选用水化热较低、强度较高的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。
(2)粗骨料：适用表面粗糙、级配良好、空隙率小、无碱性反应；有害物质及泥土含量和压碎指标值等满足相关规范及技术规范规定。
(3)细骨料：一般采用天然砂。宜用颗粒较粗、空隙较小的2区砂、对运送混凝土宜选用中砂；所选的砂有害物质及混凝土含量和坚固指标等应满足相关规范及技术规程规定。
(4)外掺加料：宜采用减水剂及膨胀剂等外加剂，以改善混凝土工作性能，降低用水量，减少收缩。3.2混凝土配料、搅拌、运输及浇筑措施
(1)配合设计应尽量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料计量应准确，搅拌时间应保证；禁止任意增加水泥用量。
(2)混凝土运输过程中，车鼓保持在每分钟约6转，并到工地后保持搅拌车高速运转到4至5分钟，以使混凝土浇筑前充分再次混合均匀。如遇塌落度有所损失，可以掺一定的外加剂以达到理想效果。
(3)浇筑分层应合理，振捣应均匀、适度、不得随意留置施工缝。
3.3设计方面措施
(1)建筑平面造型在满足使用要求的前提下，力求简单，平面复杂的建筑物，容易产生扭曲等附加应力而造成墙体及楼板开裂；控制建筑物的长高比，增强整体刚度和调整不均匀沉降的能力。
(2)正确设置变形缝，位置和宽度选择要适当，构造要合理。
(3)合理地调整各部分承重结构的受力情况，使荷载分布均匀，尽量防止受力过于集中。
(4)限制伸缩缝间距。对体形复杂、地基不均匀沉降值大的建筑物更应严格控制，可以和其它结构缝合并使用。
(5)构件配筋要合理，间距要适当。断面较大的梁应设置腰筋。大跨度、较厚的现浇板，上面中心部位宜配置构造钢筋。主梁在集中应力处，宜增加附加横向钢筋。
(6)减少地基的不均匀沉降，在基础设计中可以采取调整基础的埋置深度，不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法，来调整地基的不均匀变形。
(7)层层设置圈梁、构造柱，可以增加建筑物的整体性，提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度，防止或减少裂缝。
3.4施工方面措施
(1)模板工程的模板构造要合理，以防止模板各构件间的变形不同而导致混凝土裂缝；模板和支架要有足够的刚度，防止施工荷载作用下，模板变形过大造成开裂；合理掌握拆模时机，尽可能不要错过混凝土水化热峰值，即不要错过最佳养护介入时机。
(2)合理设置后浇带，较长的墙、板、基础等结构和主楼与裙房之间等高低层错落处，均应设置后浇带。
(3)加强混凝土的早期养护，并适当延长养护时间，以减少混凝土的收缩变形。
(4)大体积混凝土施工，应做好温度测控工作，采取有效的保温措施，保证构件内外温差不超过规定。
(5)钢筋绑扎位置要正确，保护层厚度要尽量准确，不要超出规范规定；钢筋表面应洁净，钢筋代换必须考虑对构件抗裂性能的影响。
(6)加强地基的检查与验收，复杂地基，应做补充勘探。异常地基处理必须谨慎，尽可能使其处理后的承载力与本工程正常地基承载力相同或相近。
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在满足泵送要求及钢筋间距的基础上，为降低水及水泥的使用量，应尽量选择大粒径的碎石。除此之外，还应该采用干净、强度高、针片状少的粗细骨料，且将其含泥量控制在l%以内，同时确保粗细骨料不含有有机物质和有毒有害物质。
(2)粉煤灰的选用。
粉煤灰是一种非常重要的掺合料，不仅可以将混凝土的和易性大大提高，而且对混凝土的泵送施工十分有利;同时粉煤灰还能代替部分水泥来降低水泥的使用量，从而使水泥的水化热得到有效降低。在进行粉煤灰的选择时必须对其细度及粒度引起注意，对粉煤灰进行磨细加工必须要达到I级标准。但是如地下室混凝土类有较高抗渗要求的，需要在满足必混凝土的抗渗性能的基础上，通过严格的计算及试验来确定是否能够将粉煤灰掺入。粉煤灰的选用需结合实际情况进行。
(3)外加剂的选用。
为保证大体积混凝土的优质浇筑效果，应对外加剂种类进行合理选择。可适当采用减水剂、膨胀剂、缓凝剂等来降低水的用量，进而达到降低水泥的水化热的目的。应通过配合比试验来确定外加剂的使用量，同时注意外加剂比例的搭配，保证达到浇筑效果。
1．2加强对施工过程的控制
(1)混凝土的浇筑
①混凝土的摊铺厚度的确定，需结合混凝土的和易性及所用振捣器的作用深度两个方面。如采用泵送混凝土，则摊铺厚度应不大于600毫米;如采用非泵送混凝土，则摊铺厚度应不大于400毫米。如采用推移式连续浇筑或分层连续浇筑的方式，应尽可能地将层间的间隔时间缩短，根据试验确定混凝土的初凝时间，并在前层混凝土初凝之前将其次层混凝土浇筑完毕;②目前在大体积混凝土结构施工中，采用较为普遍的浇筑方法是分层连续浇筑法，其具有振捣方便、能保证浇筑质量及可通过混凝土层散热，降低混凝土温升幅度等诸多优点。而对于浇筑能力不够、浇筑面积和浇筑工程量较大且一次连续浇筑层厚度通常不超过3m的混凝土工程，可以选择采用推移式连续浇筑法;③在分层进行大体积混凝土结构的浇筑时，应对其表面进行及时清理，将骨料均匀露出;在浇筑上层混凝土前应及时清理混凝土的表面污物，冲洗完毕后不能留有积水，对非泵送混凝土和较低流动度的混凝土可进行适当接浆处理;④在浇筑大体积混凝土时，应及时将混凝土表面的泌水清除。由于泵送混凝土一般具有较大的水灰比，因而普遍存在较为严重的泌水现象，需及时清除泌水，避免影响大体积混凝土的浇筑质量。
(2)混凝土的温测
混凝土的温测技术对保证大体积混凝土结构的施工质量也有着直接影响。对大体积混凝土结构的温度有效控制混可以防止产生底板裂缝。在进行混凝土温测时，必须测量所有土层的温度，并深入分析各土层的温度特性。目前普遍使用的温度传输器是电阻型温度计，在进行温度测量时，应将测温度位置选定，完成记号的编订和定位后，再进行土层温度的测量工作。控制温度应力可以通过以下两种方法进行:一种是降温法，可以事先按照设计要求将冷却水管在大体积混凝土内部安装好，并在浇筑前试水，避免由于漏水而影响混凝土的浇筑质量。通过循环冷却水降低混凝土内部温度，减小内外温度差异，防止大体积混凝土裂缝的产生;另一种是保温法，即在浇筑完混凝土之后，通过使用人工手段提高砼表面及四周散热面的温度，进而有效控制混凝土的温度，保障大体积混凝土结构的施工质量。
(3)混凝土的养护
大体积混凝土的养护工作对保障混凝土结构质量安全有着不可忽视的作用，必须得到重视。而在大体积混凝土的具体施工过程中，很多施工人员恰巧会忽略对混凝土的养护工作，只注重对混凝土的浇筑施工，致使大体积混凝土产生裂缝，从而给建筑结构的日后使用埋下安全隐患。并且如果没有及时处理裂缝问题，使裂缝继续扩大，就会对建筑结构的使用性能和安全性能造成恶劣影响。因此结束大体积混凝土的浇筑工作后，必须及时对混凝土进行养护。施工季节不同，养护手段也不尽相同。夏季施工时，由于温度较高，因此应该可通过洒水湿润来养护混凝土;冬季施工时，由于温度很低，因此可通过保温保湿措施来养护混凝土，另外，当环境温度低于5℃时应暂停大体积混凝土的浇筑工作，待温度达到5℃之后，在继续进行浇筑工作。在对混凝土进行养护期间，应时刻关注混凝土的内外温差情况，可通过循环水流量及进口的水温的调节来对内外温差进行控制，将其控制在25℃范围内。大体积混凝土的养护时间应在十四天以上，如情况特殊，则应结合实际情况将养护时间适当延长。
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(二)教师角色改变引发的挑战
教师将从知识讲授者变成学习的促进者和指导者。教师要构建完整的学习支持体系，不论在知识点导入、前测，还是影视资料的录制，教师认真研究组织学习资源，为学习者构造一个适合自主学习、能便捷获取学习资源的虚拟学习环境。在此基础上，教师还要通过精心的课堂教学设计，激发学生参与交互协作的各个环节，在互动中深入掌握知识。特别是在课程开设的前几轮，面临影视资料制作的较重负担和课堂设计的精心筹划，可见做好FCM的实施，其成败关键在于教师是否愿意改变，是否愿意放弃传统的教学思维与习惯［6］。学校要加强对教师的FCM宣传灌输，并对教师开展信息素质能力的培训。2013年11月20日，哈尔滨工业大学召开了MOOC对教学方法与改革促进作用研讨会，其中对翻转教学模式进行了交流探讨，中国工程院院士、哈尔滨工业大学副校长周玉教授讲话中①指出，“对于教师而言，FCM等创新教学模式是教学方法改革的必然发展趋势，我们要做教学方法改革的革命者，而不是被革命者”。首先，对教师而言，教学资源建设是首要的问题。从前述可见教师是否意愿接受FCM并不是主要问题，FCM教学资源建设才是首要问题，因为这不是教师一个人短时间内能高质量完成的工作，应该从学校、省级教育部门甚至国家层面，积极筹划实施相关课程的FCM建设，推进FCM教学资源团队建设。目前推进的各个层次的精品视频课程可作为这项工作的基础。其次，专业技能的不断学习及教学艺术的提升是对教师提出的另一主要问题。FCM之所以成功，是因为课堂讨论所带来的学生“吸收内化”效益提高。传统课堂有教科书、课件、讲解、练习等填充，教师以完成教学任务为主要目的。而FCM需要更活泼、有趣、实用的课堂教学方式，如何计划使用课堂时间，设计课堂活动，与学生互动交流，促进知识吸收内化，借此改革提升自己的教学艺术是教师要面临的另一挑战。第三，实施FCM，学校需对教师提供相应的信息技术教育培训，或建设FCM公共模块软件，使教师掌握教学信息搜索、加工的基本技能，能录制教学视频，提高教师的信息素养及教育技术能力。此外，大班教学现状也是制约FCM推广的现实问题。班级授课制有三种形式，即常规班级、小班教学、超大容量的大班教学［7］。由于我国人口众多，教育资源匮乏，目前我国大部分班级处于常规班级和大班教学，短时间内无法实现小班教学。班级规模过大，人数过多，教师难以关注到每一个学生，课题讨论和答疑过程中，学生个性差异和独特性被忽视。而FCM所提倡学生课堂中完成练习，教师针对性地解答每个学生的疑惑，实施差异教学，促进学生的个性发展，这种方式受大班教学的限制，有待解决。
二、高校实施FCM中挑战性问题的解决途径
(一)实施分流、两类FCM教学设计，是提高教学质量的有效途径
学生自主学习意识和自我约束能力决定了FCM成功与否，即使课件资源再完备、各种学习记录要求模块的设置再细化，对没有主动学习意识和自我约束能力差的学生，学习效果都将是危险的，因为FCM对这部分学生来说可能成为了“放羊”。即使自主学习意识强烈，但是今天的学生很繁忙，他们的时间安排紧凑，参加的活动多，能否静下心来全面、详尽地学习教学资源中的每个知识点，是值得进一步探讨的问题。笔者认为有必要结合学生对某门课程的学习自主意识来实施分流，注意不是根据学生的自主学习能力。以土木工程专业的混凝土结构设计课程为例，在一条起跑线的学生，自主学习能力存在一定差别，但是并不会太大，而且在具有自主学习意识的前提下，自主学习能力还可以得到培养和锻炼。因此，将课程开设具有不同翻转度的FCM课堂，让学生自愿选择参加，根据学生自愿原则实施分流分度FCM，是提高教学质量的有效途径。下面提出完全翻转和部分翻转的两类FCM教学设计概念供探讨。首先，自愿参加FCM的学生，基本是主动学习意识较强的学生，有了这个前提条件，为开展FCM课堂奠定了基础性条件。对这部分学生实施完全翻转的FCM精英式教学设计(PerfectFCM:PFFCM)。其次，对没有选择参加FCM课堂的学生，实施部分翻转的FCM教学设计(PartialFCM:PTFCM)。所谓PTFCM，是指在坚持传统课堂教学的前提下，课前公开教学资源，供学生预习，课堂教师通过重点讲解、知识点梳理完成课题教学，答疑环节坚持现有的固定答疑时间方案或集中组织答疑的方案。第三，部分学生选择PTFCM，也解决了PFFCM大班互动的瓶颈问题。由于部分学生选择PTFCM，学生数量进行了分流，班级规模缩减，在有限的教学资源情况下，PFFCM和PTFCM均能得到有效实施。
(二)建立自主学习实验室，对FCM学生开放，解决网络学习干扰
网络诱惑因素多，对学习干扰大，是否有必要建立自主学习实验室，对FCM学生预约开放，观看授课录像，开展自主学习，以此解决网络干扰因素，是值得进一步探讨的问题。虽然这种方式没有从根本上实现随时随地学习的FCM便利性，但是能有效约束学生的网络使用，提高课程学习效率。
(三)教师角色分流
FCM教学环节主要包括课前的教学资源制作、课堂的互动环节。教学资源的录制应该在课程建设团队中协作完成，在课题负责人带领下完成。各个班级的FCM教学电子资源应该一致，并由经验丰富的名师担任主讲教师。这样，传统的教师角色发生了分流，由课堂教授转变为课堂设计者、互动组织者、问题答疑者，因为教学资源的建设是由团队集体完成的，之后每年再经修订和完善，每个个体教师不再涉及教学资源录制编制的工作。这种分流方案，对学生也较公平，因为不同班级的学生，能获得同等的课堂教学资源。对于学生而言，等同于参与MOOC教学模式。
三、土木工程专业混凝土结构课程的混合FCM教学设计分析
混凝土结构作为土木工程专业的一门理论性、实践性都很强的重要专业基础课，是专业培养目标的载体和培养模式关键的一环，目的是使学生掌握混凝土结构的基本理论和基本知识，培养学生的工程意识、解决实际工程问题的能力。该门课程的特点是内容多、涉及面广，经验性强、综合性强，规范条文多。根据前面关于FCM主要特征及其挑战性问题的分析，下面对土木工程专业混凝土结构设计课程实施FCM进行分析和探讨，提出相应的解决方案。“一刀切”式推进FCM对有些课程未必奏效，以土木工程专业混凝土结构课程为例，该门课程教学内容多，有材料性能、结构设计方法、受弯构件、受压构件、受扭构件、受拉构件的设计计算、裂缝和变形理论以及预应力混凝土等，各部分存在理论性、实验性、经验性等较复杂的知识特征，因此各部分知识点的学习特点不尽相同，在教学实践中有必要坚持多种教学方法相结合的混合FCM教学设计。关于极限状态设计法介绍、公式推导、解题思路等有必要坚持传统的课堂授课方法［8］，而材料试验、结构构造、钢筋配置、构件的破坏过程、设计图纸、结构裂缝和变形工序以及工程实例展示等可以通过丰富多彩的多媒体学习资源实现FCM教学。笔者将这种传统课堂教学与FCM相结合的教学方法称之为混合FCM教学方法。
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1．混凝土含气量过大，而且引气剂质量欠佳。目前泵送混凝土用量较大，为了保证泵送混凝土的可泵性，往往在泵送混凝土中加人适量的引气剂。由于各种引气剂性能有较大的差异，因此在混凝土中呈现的状态也不尽相同，有的引气剂在混凝土中会形成较大的气泡，而且表面能较低，很容易形成联通性大气泡，如果再加上振动不合理，大气泡不能完全排出，肯定会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。
2．混凝土配合比不当，混凝土过于黏稠，振捣时气泡很难排出。由于混凝土配合比不当，例如胶结料偏多、砂率偏大、用水量太小、外加剂中有不合理的增稠组分等，都会导致新拌混凝土过于黏稠，使混凝土在搅拌时就会裹人大量气泡，即使振捣合理，气泡在黏稠的混凝土中排出也十分困难，因此导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。
3．由于混凝土和易性较差，产生离析泌水。为了防止混凝土分层，混凝土入模后不敢充分振捣，大量的气泡排不出来，也会导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。有一些水泥厂为了增大水泥细度，提高水泥早期强度，又考虑节约电能，往往在磨粉时加人一些助磨剂，例如木钙、二乙二醇、三乙醇胺、丙二醇（l.2）等物质，由于其中一些助磨剂有引气性，而且引入的气泡不均匀且偏大，也会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。
二、解决混凝土内部不利因素的方法
1．选择使用优质的引气剂。优质的引气剂在混凝土中引人的气袍直径宜在10—200微米，气泡表面能比较高，气泡在混凝土中分布比较均匀（平均间距不大于0.25毫米）。笔者先后试验了11种引气剂对混凝土含气量、抗压强度、凝结时间以及掺引气剂经时含气量损失等，认为以丹宁酸和旅烯为主要原材料的引气剂综合性能较好。
2．降低混凝土黏稠度。适当调整混凝土水灰比、砂率、胶结材料用量以及外加剂的组分，改善混凝土的黏稠性，也可以提高混凝土结构窗层的质量。
3．控制新拌混凝土和易性。如果混凝土离析泌水，严格控制振捣时间，必须适时进行复振。
4．如果水泥中含有引气组分，在拌制混凝土时应在其中加入消泡剂。例如加入适量的磷酸三丁脂、有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂以及表面张力低于30达因/厘米的许多助剂，都可以消除其中的气泡。
三、混凝土结构表面蜂窝麻面形成的外部原因
在《混凝土泵送技术规程》中规定“混凝土浇注分层厚度，宜为300—500毫米”，但是在实际施工时，往往浇注厚度都偏高，由于气泡行程过长，即使振捣时间达到规程要求，气泡也不能完全排出，这样也会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。
不合理使用脱模剂是造成硬化混凝土结构表面蜂窝麻面的主要原因。目前脱模剂市场比较混乱，良莠不齐，产品大致分以下几大类：矿物油类、乳化油类、水质类、聚合物类和溶剂类等。
就矿物油类脱模剂而言，不同标号的机油黏度也不尽相同，即使是同标号的机油，由于环境温度不同，黏度也不相同，气温高时黏度低，气温低时黏度高。当气温较低时，附着在模板上的机油较黏，新拌混凝土结构面层的气泡一旦接触到黏稠的机油，即使合理振捣气泡也很难沿模板上升排出，直接导致混凝土结构表面出现蜂窝麻面。有一些单位充分注意到这一点，在机油中加入部分柴油，用来降低脱模剂的黏度，这样做能起到一定作用，但是仍不能取得令人满意的效果。
水乳类脱模剂目前在市场上比较多，但是有一些产品选用的乳化剂引气性较大，也会给混凝土结构面层造成蜂窝麻面。
动植物油进行脂化的舰模剂出现的问题较多，其原因是产品中含有引气性比较大的乳化剂及增稠剂，会给混凝土结构面层带来极大的影响。模板材质不同也会使混凝土结构面层出现不同的状态。溶液和各种固体接触后都会形成不同的接触角，水泥浆体也不例外，接触角越小液体在固体上附着力越强（用余弦定理可以解释）。在日常生活中常用的“不粘锅”其面层就涂了聚四氟乙烯（商品名称叫特夫隆），在生产实践中大家都知道在其他条件相同的前提下，使用尿醛树脂压制的竹或木模板成型的混凝土面层质量比用铁模板成型的混凝土面层质量有明显的提高。
环境温度对混凝土结构面层的质量也有影响。由于气泡内部含有气体，因此气泡休积变化对环境温度特别敏感，环境温度高时气泡休积变大，气泡承载力变小，容易破灭。环境温度低时气泡体积变小，承载力较大，不容易形成联通气饱。即使混凝土结构面层有气泡，气泡也很小，对混凝土结构外观影响不大，由此使人们联想到冬、夏季混凝土结构面层好于春、秋季。
春、秋季节昼夜温差较大，因此附着在混凝土结构表面的气泡体积变化也很大，当混凝土面层水泥浆体的强度小于气泡强度时，气泡体积随环境温度变化而变化，气泡周围的水泥浆体也随之变化，随着时间的推移水泥浆体的强度不断增加，当气泡周围水泥浆体达到一定强度时，再不随气泡体积变化而变化，如果此时正赶上气泡直径最大时，势必给混凝土面层留下孔洞。
四、解决混凝土外部不利因素的方法
1．严格按《混凝土泵送施工技术规程》中的规定执行，每层混凝土浇注厚度不应大于50厘米。
2．选择使用优质的脱模剂。
3．在有条件的情况下应优先选用尿醛树脂压制的竹、木模板进行成型。
篇6
随着城市建设的发展与建筑技术的进步，大跨度超高层建筑已经成为建筑结构发展的主要方向之一。而由混凝土包裹钢骨做成的钢骨混凝土结构（SRC），充分发挥了钢与混凝土两种材料的特点，与钢筋混凝土结构相比，具有刚度大，延性好，节省钢材的优点。因此，钢骨混凝土结构在我国有着广阔的应用前景。
钢骨混凝土结构的研究和应用在国外开始较早，我国因国情的限制，起步较晚，工程应用就更少，直到1997年11月才由冶金工业部正式了有关规程，并于1998年5月1日起施行。
深圳世贸中心大厦在关键部位应用了钢骨混凝土结构，解决了用普通钢筋混凝土结构不能解决的难题，收到了良好的效果。
二、工程概况
深圳世贸中心大厦于1996年设计，是一幢集金融、贸易、商业、办公于一体的综合性超高层建筑，总建筑面积12万平米。主楼地上52层，地下3层，标准层层高4m，总高230m，采用钢骨混凝土框架-筒体结构。裙房5层，层高5m，总高25m，采用框架-剪力墙结构。主楼与裙房之间未设变形缝，施工时留有施工后浇带。基础采用大直径人工挖孔桩基础最大直径2.9m。
根据建筑功能及使用要求，裙房首层及二层由大厅组成，为大空间；三层为银行办公室，中间部分设一圆形天井；四层设有外汇交易大厅；五层为大会议室；
三、结构布置
为了满足建筑功能及使用要求，需要选择一个受力合理、安全可靠、施工方便的结构方案。由于裙房首层及二层共有6根柱子不能落下，形成了长达25.8m跨的大空间，结构平面采用了井字梁的结构形式。但关键问题是25.8m跨框架大梁采用何种结构型式，并且建筑要求三层框架梁截面高度不超过1m。
方案1：采用普通钢筋混凝土大梁，这种方案梁断面较大，框架梁截面高度需2m以上，不满足建筑功能及使用要求，此方案不可行。
方案2：采用无粘结预应力混凝土大梁，这种无粘结预应力梁本身截面及用钢量均不太大即可满足结构设计要求，但由于三层梁高1m的限制，梁高跨比达到1/25，此方案也不宜采用。
方案3：采用钢骨混凝土大梁，利用大梁中部抗拉柱，按变形协调计算。梁截面比普通钢筋混凝土减小很多，平面和空间利用率都相应提高，又采用由四、五层大梁吊三层梁的悬挂形式，三层框架梁高度为1m，可以满足建筑使用要求。该方案克服了上述二个方案的不足之处，且施工方便，合理可行。经方案比较，优点较突出，虽然增加了用钢量，但因梁截面减小，增加了空间使用面积，抗震能力也大大提高。因此，本工程裙房25.8m大梁采用钢骨混凝土方案。为了保证大梁与柱的固结，与之相接的柱也采用了钢骨混凝土结构形式。
四、钢骨混凝土梁的计算
结构整体计算采用中国建筑科学研究院软件TBSA4.2计算，再采用软件PK对框架梁进行复核。由于本工程在设计时，国内尚未正式出版有关SRC组合结构构件设计规程，针对钢骨混凝土梁的计算，当时有二种计算模型，一种是强度叠加模型，另一种为变形协调模型。下面结合世贸大厦裙房25.8m大梁，分别用两种模型进行计算。
⒈强度叠加模型
假定SRC构件的承载力是钢骨部分与钢筋混凝土部分的承载力之和，钢骨与钢筋混凝土部分的变形彼此独立。这种方法具有计算简单，应用灵活的特点，其设计是偏于安全的。日本的计算标准就采用了此模型，SRC计算方法也是基于这种模型。现SRC梁进行计算，公式如下：
钢骨混凝土梁受弯承载力：M≤Mc+Ms（1）
式中Mc---钢筋混凝土部分受弯承载力，按设计
Ms---钢骨部分的受弯承载力，Ms=γWnf（2）
γ---截面塑性发展系数,Mn---截面净截面抵抗矩,f---型钢材料强度设计值
钢骨混凝土梁受剪承载力：V≤Vc+Vs（3）
式中Vc---钢筋混凝土部分受剪承载力，按设计
Vs---钢骨部分的受剪承载力，Vs=2/3Aswfv（4）
Asw---钢骨腹板部分净截面积，fv---钢材抗剪强度设计值
钢骨混凝土梁的刚度：B=0.65EcIc+EsIs（5）
式中EcIc---钢筋混凝土的刚度,EsIs---钢骨的刚度
由于该模型公式简化，计算简单，故在设计中可先按该模型公式，确定构件截面、钢骨截面及钢筋数量。世贸大厦裙房25.8m跨大梁混凝土及钢骨截面。
弯距设计值为M=19237kN-m，剪力设计值为V=2467kN，混凝土强度等级C40，钢骨为16Mn。
按公式（2）：Ms=γWnf=1x4.15x107x315=13100kN-m
按公式（1）：Mc≥M-Ms=19237-13100=6137kN-m
再按，Mu=fmcbx(h0-x/2)（矩形截面）
将已知条件代入,得x=170mm，xb=ξbh0=0.55x1765=970mm
选用12Φ36
按公式（4）：Vs=2/3Aswfv=2/3x55200x170=6256kN
故V=2467kN<>
按公式（5）：B=0.65EcIc+EsIs=1.88x1016Nmm2
挠度：fmax=5ql4/384B+(5n4-4n2-1)Pl/384n3B
=72mm<25800/300=86mm（满足）
SRC计算方法也是基于这种模型，且计算公式也基本相同，除钢骨部分受剪承载力Vs=Aswfv，与有所差异外，其它部分均一致。
2．变形协调模型
沿用钢筋混凝土构件计算中常用的钢筋与混凝土变形协调一致的假定，即钢骨与混凝土之间始终没有相对滑移，构件截面始终保持为平面，钢骨与混凝土能够共同工作。其优点是从力学概念上保持了与钢筋混凝土构件的一致性，主要问题是计算公式过于复杂。前苏联规范就采用了此模型，SRC结构计算也是基于这种模型。由于计算公式较复杂，故在世贸大厦裙房钢骨混凝土大梁设计中，先按强度叠加模型计算截面及配筋，然后再用变形协调模型进行复核。
按第二种情况，中和轴经过钢骨腹板，其截面受压区高度按公式（6）计算：
x=[1.8fayνδw+fsyAs-fsy’As’+fcm(As’+Assf’-δw)]/[fcm(b-δw)+2.25fayδw]（6）
将ν=900mm，δw=40mm，fsy=fsy’=310N/mm2，Assf’=3x104mm2，fay=315N/mm2，fcm=23.5N/mm2，
代入得：x=401mm，x<（适筋截面）>
正截面承载力按公式（7）计算：
M=fcmbx2/2+fsyAs(h-x-a)+(fsy’-fcm)As’(x-a’)+0.9fay[+(ν-x)2δw]-fcm(x-)[Assf’+(x-)δw/2]（7）
式中---为钢骨塑性抵抗距，=1.17ω=1.17x4.15x107=4.86x107mm3
将各数值代入（7）式得：M=24370kNm>19237kNm（满足）
抗剪承载力按公式（8）计算：V=0.056fcbh0+0.58fywδwhw+fyvAsv/sh0（8）
抗剪承载力与变形经计算，均满足要求，过程不再赘述。
五、设计体会
现行规程中梁正截面受弯承载力及斜截面受剪承载力计算均采用强度叠加模型，公式及含义也基本相同。区别是规程中钢骨部分的受剪承载力是按纯钢构件腹板受纯剪情况计算的，不考虑局部压屈影响，要求放宽。故当计算满足时，也能满足现行规程。
钢骨混凝土构件中的钢骨另由含钢率控制，不受钢筋配筋率的影响，使得有与普通混凝土构件同样的外形尺寸，但其承载力提高很多。同样，在承载力相同的情况下，钢骨混凝土构件的外形尺寸可以相应减小，减轻了结构自重，减小了混凝土用量，利用钢骨本身承载力大的优点，可以节约支模所设的支撑，节省材料。在大跨度，大荷载作用下，钢骨混凝土梁截面尺寸由变形控制。
中和轴通过钢骨腹板的钢骨混凝土构件，在其丧失最大承载力后，由于在其中和轴附近的钢骨腹板仍处于弹性工作状态，所以仍能保持较大承载力，使构件本身并不崩溃，显示出较好的变形能力和抗震性能。
篇7
在实际工作中，降低地基对混凝土的约束也是混凝土结构施工中需要注意的问题，如若地基的约束力作用在混凝土结构上，也会降低凝土结构施工质量。
（1）进一步降低混凝土内部约束力为了保证混凝土结构施工质量不受混凝土内部约束力的影响，在应用混凝土施工技术时一定要估算混凝土结构内部温度。在具体施工过程中，注意控制混凝土结构内部温度，如若出现温度超过估算范围时，应当采用覆盖法或蓄水发法等来降低混凝土结构内部温度。
（2）减少外部地基约束力在土木工程建筑混凝土结构施工过程中，应用混凝土施工技术进行混凝土浇筑时作用在地基上的作用力较大，会增加地基需要承受的压力，相应的地基约束力将会作用在混凝土结构上，促使混凝土结构施工质量降低。对此，在混凝土结构浇筑时尽量采用滑动层浇筑，通过滑动浇筑，缓解低级所承受的作用力，相应的降低地基外部约束力，确保混凝土结构施工质量达标。
篇8
对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。
关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。
二、规范对少筋混凝土结构的设计规定
对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：
1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率
一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。
2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率
截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即
1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：
ρmin=ρ0min()
也可按下列近似公式计算：
底板ρmin=(规范9.5.2-1)
墩墙ρmin=(规范9.5.2-2)
此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。
2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：
ρ＇min=ρ′0min()
按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。
上列诸式中M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；
e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；
Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；
b、ho——截面宽度及有效高度；
fy——钢筋受拉强度设计值；
γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。
采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。
3．特大截面的最小配筋用量
对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。
规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。
为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。
经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05％。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。
三、规范的应用举例
例1一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN／m(已包含γ0、φ系数在内)，试配置受拉钢筋As。
解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。
αs===0.012556
ξ=1-=1-=0.0126
As===591mm2
计算配筋率ρ===0.041%
2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，
则As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2
3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin
ρmin===0.0779%
As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2
实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）
讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130／2175=1：0.52。
2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：
ρmin===0.0461%
则As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2
可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。
例2一轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采用C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m；试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。
解：1)b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：
N≤φ(fcA+fy′As′)
==7＜8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，
As′===3809mm2
ρ′===0.38%
由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋
As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2
2)b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则
As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2
现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：
ρmin′=ρ0min′()
式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。
①假定As′=4000mm2。
Nu=fy′As′+fyAs
=210×4000+10×4.0×106=40.84×106N
ρmin′=ρ0min′()
=0.4%()=0.106%
As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2
②假定As′=4231mm2。
Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106N
篇9
混凝土在现代工程建设中占有重要的地位。而在今天，混凝土的裂缝在一些施工现场仍然时有出现。论文大全。论文大全。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中大体积混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。
1.大体积混凝土温度控制措施
高层建筑地下室的底板一般较厚，有的厚达2-3m，属大体积混凝土施工。发生裂缝的主要原因是水化热高，与环境气温差大，或养护不当，裂缝严重的可导致底板渗漏，若混凝土温度较高是突然浇冷水养护，也会产生无规则的多条微裂缝。
判断能否出现温度裂缝，温度裂缝的控制，需进行温度控制计算后采取相应措施加以控制。根据经验和有关规定混凝土内外温差不超过25度则不会产生温度裂缝。该工程大部分混凝土在12月到次年2月浇筑，而这段时间正值全年气温最低，因此必须进行混凝土热工计算和混凝土温度控制，该部分混凝土的标号均为C20。
采取防止出现温度裂缝的措施，计划采取的措施为：混凝土初凝后在表面覆盖一层塑料薄膜，并覆盖两层草袋进行隔热保温养护。
混凝土内部温度监测，为了及时牚握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在第一施工段内设一个测温点，监测混凝土中心测点与表面测点的温差值，作为调整养护措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。
1.1大体积混凝土墎台身或基础等结构裂缝的发生是由多种因素引起
各类裂缝产生的主要影响因素有几种：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。
1）收缩裂缝：限制条件下的收缩可分为自生收缩，塑性收缩，炭化收缩和干缩四种，在收缩变形超过极限延伸率或收缩产生的应力超过混凝土当时的抗拉强度时，就开始出现裂缝。
2）温差裂缝：混凝土内外部温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝龄短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土表面产生裂缝。
3)安定性裂缝；安定性裂缝表现为龟裂，主要是因水泥安定性不合格而引起的。
1.2温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
（2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。
（3）晚期：混凝土完成冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。
2.裂缝的防治措施
2.1设计措施
1）精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。
2）增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3-0.5%之间。
3）避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
4）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。
5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
2.2施工措施
1）细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。
2）根据工程特点，充分利用混凝土后期强度，可以减少用水量，减少水化热和收缩。
3）混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15゜C以上。论文大全。
4）采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。
5）对于高强度混凝土，应尽量使用中热微膨胀水泥，掺超细矿粉和膨胀剂，使用高效减水剂，使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰，掺量15%-50%。
2.3现场操作方面
1)浇捣工作：浇捣时浇捣棒要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确牚握振捣时间，避免过振和漏振，应提倡用二次振捣，二次抹面技术，以排除泌水，混凝土内部的水分和气泡。
2)混凝土的养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。主要是控制好构件的湿润养护，对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护。养护时间为14-28天。
3)避免在雨中或大风中浇灌混凝土，对于地下结构混凝土，尽早回填土，对减少裂缝有利。
4)夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温人模，低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。
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预应力结构设计技术的发展，为现代高层建筑向更高、体型更复杂，结构形式更多样、功能更全、综合性更强的方向发展提供了更大的可塑空间。通常可使建筑物在同一竖直线上，上部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作为办公用房，下部楼层作商店、餐馆等。以满足综合性的不同需要。本文所介绍的工程设计是一幢集办公、休闲为一体的高档办公楼。
2工程概况
本工程位于益阳市赫山区，建筑面积31000m2，地上21层，地下一层，总高度为83m。其中一层为大型商场，二层为餐厅，三层为娱乐场所，四层及以上为公寓和办公楼。工程结构形式采用框架一剪力墙结构，裙楼为超长结构，结构平面布置随建筑变化而逐层变化，图1为四层的结构平面图，楼层主、次梁均为预应力混凝土技术。
3结构方案设计
混凝土结构构件在混凝土材料收缩和环境温差的作用下发生的体积缩小变形从而增大结构构件的拉应力，当该拉应力大于构件的极限抗拉强度时，构件即开裂。对此，现行规范中规定框架-剪力墙结构伸缩缝最大为45~55m。本结构纵向长度近159.6m，远超过上述规定，而且6个剪力筒大大增强其中间混凝土楼面水平侧向约束。如增加两道或三道结构伸缩缝，必须采用从基础到顶层增加双梁双柱来实现，这除了增加施工难度和成本之外，还大大影响了使用功能和建筑要求。设计采用预应力技术解决这一结构超长问题，通过对结构施加预应力，在结构中预先产生压应力。使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中产生的拉应力。理论与实践证明预应力对控制超长结构钢筋混凝土结构裂缝是有效的。
预应力除了可有效控制裂缝的作用之外，其主要作用是能有效抵抗竖向荷载并明显降低构件尺寸。经初算,预应力钢筋混凝土结构8.4m跨主梁的梁高可由原来普通钢筋混凝土主梁的700mm降为500mm，次梁梁高可由600mm降为450mm，16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降为900mm~
1100mm。这样在保持净层高不变的情况下，每层高度可降低200mm。经综合考虑决定采用预应力方案，使楼层数量在建筑总高不变的情况下增加一层，从而取得显著的经济效果。
为此，在设计中我们针对本工程的结构形式和布置特点，确定了以下主要设计原则：
3.1为有效控制混凝土裂缝以及降低层高，结构纵横两个方向的梁均布置预应力筋；考虑到规范要求，采取有粘结预应力，跨后浇带的锁缝预应力筋采用无粘结预应力。
3.2根据文献[2]，混凝土中有效预应力大于0.7Mpa，则可基本避免温度应力导致混凝土开裂。所以间距为2.8m的主次梁均应施加预应力，已达到在板中建立一定预压力避免楼板开裂的目的。
3.3后浇带位置要合理，避免布置在侧向刚度很大的构件周围，以免影响两侧板带的自由收缩。
3.4由于结构复杂，预应力筋数量和形式多样，设计时就必须考虑采取相应的构造和施工措施来避免预应力张拉施工时可能造成混凝土开裂。
4预应力计算
4.1设计重点
a)4~6轴部分结构地下一层至六层纵向均为8.4m跨的框架结构，其中六楼为空中花园，七、八楼中空，到九、十层纵向成为连接两边塔楼的16.4m跨大梁板,其中十层为空中花园。按结构整体计算结果配筋，并对两层柱采取加强措施。另外施工时九层的支撑为两层高，而且后浇带的设置使地下一层至六层的A~C轴和E~F轴以及九、十层A~F轴在后浇带未浇混凝土、锁缝筋未张拉之前形成12.4m的大悬挑结构。所以这些部位结构的支撑均通过认真计算确定并适当加强。
b)如图1所示，十层和十一层17~20/C~G轴之间是一个悬挑大网架，面积为25.2m×33.6m，矢高为一个楼层高度，通过大型预埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱节点上。在风荷载的作用下支座对结构产生很大的水平推拉力，十一层G点支座向外拉力最大，为1300kN。为了避免在梁柱节点预埋件处局部混凝土产生过大的集中应力，在预埋件上钻直径20mm的孔，采用无粘结应力筋对预埋件进行锚固,把支座拉力传向远端框架结构。无粘结预应力筋与原结构预应力筋不相干，基本走梁中直线，张拉控制应力为0.6fptk。
c)二十层屋面设置了冷却塔、擦窗机以及沿周边7m高的广告牌。所以本楼层荷载复杂，特别是广告牌支座在风荷载作用下，每个支座最不利弯矩为250kN·m，支座两个支点间距为800mm则支点上下反复集中力约为300KN。支座间距为28m，对于16.8m跨大梁就有5个点落在梁中位置，荷载值很大。
针对以上所述的设计重点难点，预应力设计紧密与建筑、钢结构、设备等专业配合，均采取了相应有效合理的设计措施。
4.2预应力计算标准
材料强度等级:混凝土C40，局部采用杜拉纤维C60混凝土;有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线，张拉控制应力均为0.75fptk。
本工程采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。根据规范要求:结构设计应满足正常使用极限状态、承载能力极限状态以及耐久性的要求。针对结构多样复杂性。对不同情况的构件采取不同的控制标准（见表1）。
所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋，其受压区高度均小于0.35h0，纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3％，符合规范要求。所有梁均进行两层托一层的施工工况以及楼面自重下一次张拉反拱工况的验算，均未开裂。
5构造设计
5.1后浇带设置
如图1所示，三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段，有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长，初期发展较快，两周可完成全部收缩的1/4，一个月约可完成1/2，三个月完成60％～80％。在后浇带浇筑之前，超长板可视为一种能接近于自由变形的构件，后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌，考虑竖向结构（柱和墙）的约束影响，可认为此时收缩变形已完成50％。穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100％强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能，采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。
预应力对于E～F轴段结构从第三层就到17轴为止，则该区段15～16轴之间的后浇带的作用不是很明显。为加快施工进度，从第六层开始把该后浇带取消，预应力筋最长55.4m。同时在16轴与剪力墙之间预留临时施工后浇带，以实现两端张拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E轴边板设置200mm宽的临时后浇带，以防止4～6轴间的横向次梁预应力张拉时把内部结构拉裂。
5.2锚具设计
由于荷载和结构形式复杂，预应力梁内的预应力数量种类很多，根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。因此本工程预应力锚具及相关配筋种类较多。
5.3张拉槽、后浇带构造设计
由于后浇带或梁面张拉槽处需要采用变角张拉技术，而要实现变角张拉的操作，梁面普通钢筋以及箍筋必须有足够的间隔。如设计不作预先充分的考虑，必将带来如截筋而无法补强等施工问题，最终影响工程质量。所以设计时应对构造复杂的地方进行特殊处理，以保证施工质量。
在梁后浇带处或梁面张拉槽处，先按张拉变角块所需的空间以及尽量少断钢筋的原则排好普通钢筋，对割断钢筋采取增加相应搭接筋进行补强。后浇带及梁面张拉槽处张拉端的详细构造设计（见图2和图3）。
5.4张拉顺序设计
根据本工程的结构设计特点，张拉各个区域分开进行，先张拉次梁，后张拉主梁。这主要由于先张拉主梁（特别是与次梁垂直的主梁），有可能会由于主梁反拱抬起未张拉的次梁，而导致后者的开裂。预应力筋张拉顺序如下：
a）先沿着一个方向张拉纵向次梁，再返回张拉纵向主梁；
b）沿一个方向张拉横向主、次梁；
c）横向主梁由于中间16.4m跨所配的预应力筋比两边两短跨多，必须先张拉贯通全50.4m梁的预应力筋，在两边短跨梁内建立起预压力，再张拉中间其余预应力筋。否则必定把两边短跨梁拉裂。
6结语
经各方共同努力，本工程施工进展顺利，经观察没有发现结构裂缝，质量优良。工程实践表明：
6.1采用预应力技术和合理布置后浇带是解决超常结构混凝土开裂的有效途径。
6.2在高层中，施加预应力能起承受主要竖向荷载而降低构件尺寸的作用。所以在保持总高度不变的情况下，采用预应力方案可以增加建筑物层数，从而取得显著的经济效益。
6.3预应力结构配筋计算应根据实际情况而定，对同一幢建筑中的不同构件，同一个构件的不同工况都应采取相应不同的设计标准。
6.4预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序，这有利于指导施工各方配合，保证施工进度和工程质量。
参考文献：
[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.
[2]美国混凝土协会规范.AC1318.
篇11
1.2结构设计缺少创新。高层建筑结构复杂，设计过程中受多种因素限制，为同时满足多种需求，工程设计师都施行保守方案，缺少创新精神。钢筋混凝土材质的墙体承载能力与结构有很大联系，在剪力墙设计方案中，应充分借鉴国外先进技术，基于传统结构进行创新，解决承载力不足的问题，同时使高层建筑整体结构更符合大众审美，减少造价支出。概念设计在结构优化上的运用还受很多施工技术以及设备使用方面的限制，阻碍建筑工程行业进步。
1.3受力分布不均匀。高层建筑上下层的结构是不同的，为保证自身重力不会对建筑物造成破坏，基层修筑中会应用到大量的钢筋混凝土材料，加固底层的同时削弱上层，可减轻对地基的压力，同时建筑物承受风力和地震破坏的能力更强。进行概念设计过程中，没有充分考虑转换层占据的空间和对受力平衡的影响，承重柱满足了承载上层压力的要求，但墙体产生的剪力不能与内部的应力平衡，作用在水平方向时形成了破坏力。概念设计中缺少优化环节导致这一现象的产生，很难保障整体结构的稳定性。
1.4概念设计中常见问题的解决方案。设计过程中不可脱离实际情况，在前期准备工作中对建筑场地进行详细的测量，将地区可能出现的自然灾害进行模拟实验，根据测试结果对设计结构进行优化。充分考虑建筑物的自重，满足对抗震性能的要求，同时在结构上进行改进，应用力学知识，节省建筑过程中的原材料使用。合理修筑剪力墙，结构在成体建筑中起到承重作用，但不能破坏空间整体性，注重格局的设计，将各单元的楼梯间进行分别设计，根据不同区域的需求，可将方案进行更改，保证整体结构统一又各有特点。在楼体外观的设计中加入符合当地人文特色的元素，使建筑物更具有中国特色。应用概念设计法时加强后期的优化工作，注重从宏观到细致的过渡，设计方案要具有灵动性，应对施工进展过程中的突况工程师要及时进行探讨，对原有结构做出更改，保障施工连续进展。设计测量工作中会涉及到很多变量，对这些数据进行反复测量，确定合理的浮动范围，作为施工开展的有力依据。
2结构选型的问题
2.1结构的超高。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚至超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
2.2控制柱的轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。
3结构计算与分析
3.1计算模型的选取。对于常规结构，可采用楼板整体平面内无限刚假定模型；对于多塔或错层结构，可采用楼板分块平面内无限刚模型；对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚，并带弹性连接板带模型；而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型。在使用中可根据工程经验和工程实际情况灵活应用，以最少的计算工作量达到预期的分析精度要求，既不能不分情况一概采用刚性楼板模型，造成小墙肢计算值偏小，不安全；也没必要都采用弹性楼板模型，无谓地增大计算工作量。
3.2抗震等级的确定。对常规高层建筑，可按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002，J186-2002）第4.8节规定确定抗震等级，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；对于复杂高层建筑还应符合第10章的规定；对于地下室部分，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。
3.3非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑地震作用和风荷载较大，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的处理措施进行设计。
篇12
在钢筋混凝土排架结构的抗震设计方面，GB50191—2012构筑抗震设计规范和GB50011—2010建筑抗震设计规范指导规范不同地域、不同排架结构的抗震设计。本文结合《构筑抗震设计规范》的具体条文，阐述了目前规范中钢筋混凝土排架结构中设计的不足和缺陷。有关排架结构上部屋架结构计算的规定有:
1)《构筑抗震设计规范》6．2．19条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应该考虑屋架下弦的拉压效应对结构的影响并核算屋架承载力;
2)《构筑抗震设计规范》6．2．22条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应验算变形产生的附加内力。上述两点叙述，规范使用“应”字，因此应考虑建立合适的屋架和支撑的杆系模型，否则无法得出上述内力值。在钢结构排架设计方面，钢排架结构施工进度快，造价低，但以后要经常维护保养。框架结构施工复杂，造价高，后期维护工作量低。在工程建设中，钢架也就是在排架柱方向通过设置联系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗纵向力下变形的钢框架(局部开间或连续开间)，具体做法可采用实腹联系梁或格构桁架———根据可设置高度选用，采用门式柱间支撑，可以留出工艺空间，还能对柱平面外予以加强。但我国处于高度使用水泥的情况，环境污染日益严重，从节能减排方面讲，钢排架结构应作为首选，但规范未给具体说明。
篇13
随着社会经济的迅猛发展，我国城市化率越来越高。各种摩天大楼及大型公共设施如雨后春笋般的出现。由于混凝土的经济、取材方便等特点使得混凝土成为建筑过程中绝对的主角。现在很多人调侃道生活在城市里，就如同生活在钢筋混凝土的丛林之中。这也反映出钢筋混凝土在当今社会中的重要性。混凝土结构虽然优点很多，但也存在一个很要命的问题―混凝土结构的耐久性问题。由于前些年我国建筑业普遍不太重视耐久性问题，导致我国在这方面的发展远远落后于西方发达国家。我们为此也付出了沉重的代价。混凝土结构耐久性问题往大了说关系到国家经济发展往小了说关系到我们每个人的生活。因此解决混凝土结构耐久性问题意义重大。
2 影响耐久性的因素、机理及其解决措施
2.1 钢筋的锈蚀
普通混凝土构件带裂缝工作是普遍存在的现象，当裂缝或空隙中有充足的O2和H2O时，钢筋会发生锈蚀，钢筋锈蚀会引起体积膨胀导致混凝土产生纵向裂缝甚至保护层脱落。同时，钢筋的有效工作面积减小且钢筋与混凝土之间的粘结力下降导致结构的承载力大大下降。因此，钢筋锈蚀的后果很危险。作用机理：钢筋的锈蚀是电化学反应，在阳极Fe失电子变成Fe2+；在阴极H2O和O2发生还原反应生成OH-，在同一环境中，Fe2+与OH-反应生成Fe（OH）2，Fe（OH）2在的O2作用下生成Fe2O3.nH2O，即铁锈。解决措施：①遏制电化学反应②提高抗渗性，减小水灰比③适当提高混凝土保护层厚度④在钢筋表面设置保护层；⑤混凝土表面涂保护层
2.2 混凝土的腐蚀
混凝土的腐蚀一般包括两方面，混凝土的碳化和氯离子的侵蚀。机理：混凝土的碳化就是外部的CO2与混凝土内部的碱反应，使其PH值下降，进而钢筋表面钝化膜破坏最终造成钢筋锈蚀；氯离子的侵蚀是在O2和H2O充足的条件下通过与Fe2+发生一系列反应，最后生成铁锈。可以看出混凝土的腐蚀对混凝土的损害并不大其主要是对内部钢筋的伤害。所以此解决措施和钢筋锈蚀的解决方法基本一样。
2.3 冻融破坏
混凝土内部不可避免的存在大量的毛细孔，当毛细孔含水量较多时，混凝土结构易发生冻融破坏。混凝土冻害机理：现在有两种假说首先静水压力假说即孔中结冰的水或溶液体积膨胀压迫未结冰的水或溶液远离冰冻区，这就产生水压力，当水压力超过混凝土的抗拉强度时混凝土破坏。第二，渗透压假说即当毛细孔中水或溶液冻结时，未冻结的水或溶液向其移动，产生渗透压，最后导致混凝土开裂破坏。这两种假说刚好相反，它们各自存在着不同的问题，目前仍在研讨之中。解决措施：①在混凝土中掺入引气剂或减水剂②严格控制水灰比，降低混凝土的渗透性，提高其密实性③注意混凝土的早期养护，提高混凝土的抗冻性能。
2.4 碱―骨料反应
由于水泥水化的原因，混凝土内部毛细孔中溶液呈碱性。当混凝土中存在一些碱活性骨料，毛细孔中的碱性溶液就会与碱活性骨料发生化学反应，生成凝胶体，可吸水膨胀。造成混凝土的损坏。碱活性骨料主要为硅酸类物质，碱与硅酸反应生成硅酸盐凝胶，凝胶吸水膨胀导致混凝土破坏。碱溶液碱性越强凝胶吸水能力越强，膨胀越剧烈；也有研究认为是在混凝土内部产生水压力导致混凝土的破坏。这两种说法互为补充。解决措施①保持混凝土的干燥性，在无水条件下凝胶体不会发生吸水膨胀。②降低水灰比，提高抗渗性。③使用含碱量较低的水泥，同时减少骨料中的活性物质；
2.5 酸与碱对混凝土结构的腐蚀
当酸性溶液侵入混凝土时，会与Ca（OH）2反应，加速Ca2+的流失导致混凝土的强度降低；也会和3534173.png反应生成硅胶，吸水膨胀造成混凝土的开裂；强酸可以与钢筋直接发生反应，造成钢筋的损伤；酸溶液中的CO32-和SO42-对混凝土的侵蚀尤为严重；碱溶液对混凝土结构一般不产生损害，但当碱溶液达到一定浓度时会发生碱骨料反应和结晶侵蚀；解决措施：①无论是酸还是碱都离不开水，保持混凝土结构所处环境的干燥②提高混凝土的抗渗性能③控制裂缝的宽度，降低反应的效率；
3 结语