地下室混凝土结构设计与控制

辽宁工程技术大学科技方法训练论文——地下室混凝土结构设计与控制 1 地下室混凝土结构设计与控制 摘要：本文通过分析某超长地下审混凝士结构顶板裂缝形成原因及受力机理阐述在超长地下室混凝土结构设计及施工过程中应注重温度应力对其裂缝的影响．提出：超长混凝土结构裂缝综合控制的措施，供设计、施工人员参考。 关键词：超长混凝土结构：温度应力：裂缝控制

THE BASEMENT FOR CONCRETE STRUCTURE DESIGN AND CONTROL Shifeifei Liaoning engineering technology university ABSTRACT: Through analysis of a long underground trial coagulation and roof structurecrack formation reasons and stress mechanism of elaborate insuper-length basementfor concrete structure design and construction process should pay attentionto the temperature stress on its crack effect. Put forward prevention: overlong concrete structure crack comprehensive control measures for design, construction personnelreference. Key words: Overlong concrete structure；Thermal stress ；Crack control

前言：近年来，随着我国建筑市场的大力发展，大型地下室结构多为超长超宽

混凝土结构，其平面尺寸大大超过规范允许的不设缝的最大限制长度，但由于建筑使用功能的限制一般不允许设置伸缩缝，而由于混凝土结构具有随温度变化热胀冷缩及混凝土本身收缩的特性，当结构长度超过一定限值或结构温差变化较大时，结构收缩或膨胀变形在结构内引起的内力不町忽略，因此在大型地下室上程中，应从设计、施1：、材料三方面今面考虑采用留置后浇带、采用膨胀剂补偿收缩、掺加聚丙纤维、施加预应力、设置加强带等技术进行综合控制，并从结构整布置与构造上采取有效措施，只有这样才能有效防止超长混凝土结构裂缝的产生。 辽宁工程技术大学科技方法训练论文——地下室混凝土结构设计与控制 2 1 工程概况 某小区总建筑面积约30万平方米，南15座高层住宅楼组成，上部主体结构分别为势力墙结构和框架剪力墙结构，设置_层地下幸，整个地下事建筑面积约为8万mz，分为4个区。各区地下事项板未设置伸缩缝，间隔40～50m设置后浇带，后浇带浇捣封闭后地下窜侧肇墙体以及顶板梁板多处出现细小裂缝，其中典型裂缝发生区段结构平面布置。经现场勘测、分析后，发现多数裂缝是由温度戍力引起，现结合该工程裂缝产生原因分析对超长地下室混凝土结构设计及施工过程需重视的若干问题进行分析。

2 结构设计 超长地下宦混凝土结构温度裂缝属非荷载裂缝，主要是由砼收缩变形和季节性温差变化引起的应力状态控制，与单纯由荷载变化引起的应力状态存在较大差别。结构变形、受到约束和强度不足为非结构裂缝形成的三要素，只有这j要素同时存在时，才会产生非荷载裂缝。因此从受力机理的角度讲，解决超长地下窜混凝土结构裂缝的方法不外乎以下三种：①减小变形；②解除或减小约束；③提高材料的抗裂性能。

2．1 结构布置 一个结构如果自身处于完令自由状态，则再大的砼收缩及温差变形也不可能引起内力变化。因此存满足抵抗水平力作用的前提F，应尽量弱化纵向抗侧构件的纵向刚度，尽量将纵向主抗侧构件布置于结构几何中心，使纵向抗侧刚度中心与几何中心尽量重含，以便于两端构件以中部为对称轴相对容易的胀缩，从而在相I司温度荷载卜．可大大降低超长结构的温度应力。也就是常说的“放”的概念。 本工程由于前期建筑规划总平过程中，为追求立面效果及经济效益，两端建筑为23层纯剪力墙结构住宅楼，中部为17层框架剪力墙结构住宅楼，闪此两端纵向剪力墙构件较为密集，从而形成了该结构两端的抗侧刚度大的先天不足。而且在后期设计过程中，同样出于经济方面的考虑，建设方末采纳设计院提出的采用预应力技术施加预压应力抵抗部分收缩次辽宁工程技术大学科技方法训练论文——地下室混凝土结构设计与控制 3 拉应力的建议：施工过程又未采取在混凝土中掺加膨胀剂的I司时掺入一定比例的改性聚丙纤维，以加强混凝土材料的连续性和匀质性，提高混凝十的阻裂能力，改善混凝土的脆性，提高混凝土的抗裂性能，敛侄r抗”的措施也未能实现。

2．2 后浇带设置 超长地下窒通常为无缝设计，工程上一般采用间隔30～40m设置后浇带的方法防止混凝土开裂。后浇带的作用主要是释放后浇带封闭前这段时间内混凝土的收缩变形，冈此后浇带的设置必须充分考虑混凝土的早期收缩量及结构纵向的抗侧刚度大小来确定后浇带间距，同时还必须对后浇带宽度及钢筋构造加以重视。而不能无论什么f程中都依靠工程经验按照30—40m的间距设置后浇带，这样有时可能不能完全解决问题，有时可能义显得过于保守。F1前实际工程中后浇带钢筋的构造比较混乱，有将板筋截断梁筋不断的，也有后浇带钢筋全部不断的，甚至还有在后浇带范围内另设贯通加强筋的。究竟应采用何种构造方式为好，文献f21中对此进行了深入的分析，认为后浇带完全脱开最为有利，但由于结构其他方面条件的限制往往难以做到，当钢筋部分贯通时，穿越后浇带的钢筋面积越大，对结构越不利：后浇带宽度越大，对结构越有利；钢筋合力点位置越低对结构越有利。因此建议： ①应尽量减少穿越后浇带的连续钢筋总量，对于板内钢筋，由于便于焊接且允许采用搭接方案，均应作断开处理： ②有连续铡筋穿越的后浇带应在允许范围内尽鼍加宽： ③对允许进行搭接处理的梁腹与梁面纵向钢筋尽量截断，只保留梁底钢筋贯通。

2．3 温度应力计算 超长地卜室混凝土结构计算温差丰要由混凝土收缩等效温差和季节性温差两部分构成。在建立温度应力有限元模型时，综合考虑混凝士收缩变形、膨胀剂影响以及后浇带闭合前混凝土已完成约30％的收缩变形等凶素，一般收缩等效温差可取lO℃：季节性温差为建筑物成型时的环境温度辽宁工程技术大学科技方法训练论文——地下室混凝土结构设计与控制 4 与使用时的环境温度差值，超长混凝土结构于冬季封闭成型时，温差可直接取冬季月平均最低气温与投入使用后室内环境温度的差值：而混凝土在夏、秋季封闭成型时，结构温度场廊通过对同纬度相类似工程的实测值确定，必须考虑到口照等环境闪素对混凝土结构温度的影响，不能简单采用气温值。由于混凝土在夏季封闭成型时，结构主要在负温差作用下结构收缩与混凝土收缩应力相累加，是超长混凝土结构计算中的最不利工况，因此，设计时除非能确认混凝土具体成型时间，否则应按夏季工况计算确定季节性温差。 计算后浇带间距时，首先应确定该结构单元施工时段，以混凝土浇注成型到后浇带封闭或应力施加完毕期间可能出现的最大结构温差作为第一部分温度荷载。确定的后浇带封闭时常按公式(1)计算该时段内混凝土的收缩量作为第二部分温度荷载。对有掺加膨胀剂的混凝土还应计算其在该时段内的膨胀量，将该i部分当营温差的代数和相加得到的荷载施加于该结构单元段进行有限元分析以确定后浇带间距。计算所得的问距作为该超长混凝十结构的町能最大后浇带『日J距，最终间距尚须结合施工期间沉降缝及预应力筋布置情况确定。当分隔后的区段仍较大时，可以在区段内采用加设“膨胀带”来增强该区段的混凝土的抗收缩能力。

3 施工要点 超长地下室混凝十结构裂缝控制涉及到设计、施工、材料三方面，单一方面采取措施都无法达到理想的效果。设计与施工应紧密配合，在混凝土封闭入模时期、膨胀剂的选择、预应力张拉等方面密切配合，才能达到较好的效果。 (1)地下室底板和顶板的混凝土强度等级不宜过高，宜在C30～C35范围内选用，如果混凝土强度等级过高，水泥用量多，混凝土硬化过程中的水化热高，收缩大，容易引起裂缝。 (2)严格控制混凝土原材料质量和技术指标，尽可能采用低收缩高防裂混凝土，目前设计单位在设计时一般仅规定应采用低压缩混凝土，而对收缩限值未给出具体规定，施工单位在选用混凝土时就有了很大的灵活辽宁工程技术大学科技方法训练论文——地下室混凝土结构设计与控制 5 性，无法正确体现设计意图，故设计单位应在设计文件中明确给出最大收缩量要求。 (3)在满足混凝士膨胀量、强度及泵送工艺条件时，混凝土配合比设计应尽量降低胶凝材料总量、降低水灰比、提高单位体积粗骨料的用量，以控制混凝土后期干缩量。 (4)混凝土浇捣成型时间应尽量安排在春秋两季，以减小季节性温差影响：混凝土入模时应低温入模、低温养护，使混凝土终凝温度尽量降低，减少水化热和收缩。 (5)在混凝七中掺入一定比例的改性聚丙纤维，可有效的提高混凝土的肘i裂能力、抗渗性和抗拉强度。 (6)当采用预应力张拉工艺时，应采用分段分批张拉，先中段后两端，在混凝土浇捣lOd左右强度达到60％时先张拉部分预应力筋，可以有效防止早期裂缝的产生，还能有效减小预应力损失。 (7)在有塔楼部分地下室和无塔楼部分地下室连接区域，由于两者之间侧向刚度相差较大，如'只在一个方向配置预应力筋，则预应力作用会在垂直方向上产生拉应力，因此应在垂直方向上加强配置一定数量的预应力筋，以抵抗剪力作用。

结论 超长地下室混凝土结构设计是一个综合性问题，它牵涉到混凝土收缩徐变特性、环境气温、日照强度、结构布置、预应力术等诸多方面，在进行复杂、超长地下室设计时，首先在结构布置阶段应尽可能采用减少结构变形约束的原则，即尽量将纵向主抗侧构件布置于结构几何中心，使纵向抗侧刚度中心与几何中心尽量重合，并减少温度变形方向竖向构件的抗侧刚度。 其次温度应力计算应考虑收缩等效温差和季节性温差作用特征的不同之处，在施工时低温入模、低温养护，降低混凝士终凝温度，以减少它们的累加效应；最后应根据超长结构温度裂缝形成特点，结合采用留置后