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1、超长地下室混凝土结构裂缝控制设计1引言超长混凝土结构是指结构单元长度超过了规范（下文简称的规范 均指本规范）所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距的结构。通常钢 筋混凝土框架结构伸缩缝的最大间距：室内或土中为55m ;挡土墙、 地下室墙壁等类结构为30m。实际工程中，设置伸缩缝会对建筑的立 面外观效果、管道设备的安装以及防水、保温等方面产生影响，建筑 师在建筑设计中希望不设或少设伸缩缝，特别是超长地下室混凝土结 构设计。要减少超长结构的伸缩缝设置甚至不设伸缩缝，在设计时需 采取相应的措施，以消除对结构可能产生的不利影响。2工程概况某研发中心一期工程位于苏州高新区科技城北部,地下一层，长约280m
2、 ,宽约109m ,采用桩承台基础,地下室底板采用无梁防水板。地下室远远超过规范规定的设缝要求，为超长混凝土结构。苏州地区地下水丰富，根据勘察报告，钻探期间量测的潜水稳定水位埋深在地面以下0.21.2m之间，水位受季节性变化影响较大，年变化幅度在0.5m左右。考虑到地下室防水问题，建筑专业确定采用无缝设计 方案。3混凝土结构裂缝成因分析混凝土结构在使用过程中承受两大类荷载，有各种外荷载和变形荷 载（温度、收缩、不均匀沉降）。产生裂缝的原因主要有以下3种： Q）由外荷载引起的直接应力引起的裂缝；（2）由外荷载作用，结构次应 力引起的裂缝；（3）有变形变化引起的裂缝。结构由温度、收缩、膨胀 和不均
3、匀沉降等因素因此的裂缝。大量调查资料2说明，建筑结构中的80%的裂缝都是由于结构变 形引起的，如温度变形、混凝土收缩、结构的不均匀沉降等因素，而 20%的裂缝才是荷载作用引起的。前述80%的裂缝包括变形变化与荷 载共同作用，但以变形变化为主。因此控制温度变形、混凝土收缩引 起的裂缝，对混凝土结构的裂缝控制设计至关重要。4温度效应分析超长地下室混凝土结构在施工及后期使用期间，难免会受到外界温 度变化的影响。温度变化的因素主要有：日照辐射、气温骤降、季节性温度变化等。考虑日照辐射和骤降温差作用于结构的时效性较短, 对地下室结构不起控制作用，在实际工程分析中一般不考虑，施工期 或使用早期的混凝土收缩
4、通过设置后浇带等措施处理效果也得到相关 研究的证实，而季节温差对超长结构的影响较为显著，甚至是控制工 况，因此本文温度效应分析主要考虑季节温差的影响。4.1 温度荷载取值季节温度变化是渐变的过程，其取值一般按混凝土结构浇筑成型或 形成约束时的初始平均温度和后期可能经历的温度变化的差值进行计 算，具体计算公式为：ATy=TO-Tmax(Tmin)。设计过程季节温差多取 可能出现的最不利情况，即最高与最低月平均温度的变化值作为年温 变化幅度。根据中国气象局公共气象服务中心提供的苏州市气象资料，苏州市 1月平均气温最低，为3.7 ; 7月平均气温最高，为27.80同时， 结合当地的设计经验，一般考虑
5、温降为-25(,故本文在进行温度效应 分析时取季节温差：ATy=-25T4.2 温度效应分析温度应力分析采用的是瞬态弹性方法，温度变化对结构构件变形、 内力的影响可等效为某种荷载作用，也称为等效荷载，在结构建 模时，应考虑混凝土徐变作用导致的混凝土应力松弛，也即对温度应 力产生卸载效应，该效应的松弛折减系数参考文献4中的建议值取 0.3。止匕外，尚应考虑混凝土裂缝引起的刚度退化，即混凝土构件的刚 度折减，该系数可取0.85。根据软件计算结果，水平方向在温降作用下，地下室结构底板变形 较小，主要考虑桩基础及承台对防水底板约束较强，以及土体对结构 产生一定的摩擦作用。地下室顶板结构整体均向结构中心
6、位置收缩， 结构的最大位移出现在长向两端部位，其最大值为23.68mm ;结构中 心位置基本不出现位移变化，该计算结果与实际情况基本一致。此外, 由于顶板开洞及地下室墙体约束，导致楼板开洞处的短边附近、墙体与楼板交接部位以及距离较近的洞口之间也出现明显的小范围应力集 中区域。在竖直方向上，地下室侧墙结构底部位移较小，位移随着与基底距离的加大而增大，温度应力分布规律那么是墙底部应力值大，随着墙高 增加应力逐步减少，墙底与底板的连接区域出现应力集中现象。分析原因有：侧墙底部与底板的连接设计为刚接，底板对墙体底部有较强 约束作用，变形受限不能自由收缩，同时考虑底板混凝土初期收缩阶 段地下室侧墙尚未浇
7、筑或未封闭，侧墙对底板的约束尚未形成，且后 浇带的存在使得底板可以自由收缩，因此，计算的底板温度应力是偏 大的。在设计时，考虑墙体侧向水土荷载的作用，一般是正常使用极限状 态控制，配筋往往较大，故底部的温度应力作用一般不会影响结构的 正常使用，但偏平安考虑，尚应采取加强措施。5裂缝控制设计根据上述分析结果，超长混凝土结构混凝土收缩和温度作用效应明 显，由于温差和体积变化，将引起较大的约束应力和开裂，对结构内 力和裂缝影响较大，因此，应采取有效措施来减少超长地下室结构的 混凝土收缩和温度变化，本工程的裂缝控制设计所采取的控制措施如 下。5.1 设置后浇带采用后浇带分段施工的方式，可防止现浇钢筋混
8、凝土结构由于自身 收缩不均或沉降不均可能产生的有害裂缝，是规范推荐的处理超长结构的技术措施。后浇带应采用比两侧混凝土强度高一级的补偿收缩混 凝土浇筑，膨胀剂应选择硫铝酸钙类膨胀剂。后浇带中的混凝土应在 两侧结构单元浇筑60d后再浇注。后浇带平面位置见结构平面布置图 纸。后浇带部位的梁钢筋不截断，板钢筋搭接。5.2 增配构造钢筋本工程根据温度应力分析结果，对于温度作用影响明显的区域增配 构造钢筋。在形状曲折、刚度突变、孔洞凹角等温度变化影响较大的 部位增加构造配筋，并采用适当提高结构构件配筋率或采用通长配筋 等构造手段，如超长方向梁两侧腰筋间距不大于150mm ,每侧腰筋 面积不小于梁宽与腹板高
9、度乘积的0.15% ;墙体水平筋间距不大于 150mm ,并比比计算配筋提高20%的配筋量，墙与柱、墙与墙的连 接部位增设直径为10mm的水平附加钢筋，伸入墙内1500mm ;顶 板、底板通长配筋，并比计算配筋提高20%的配筋量等。5.3 保温隔热措施地下室顶板和周边挡土墙采取建筑保温隔热措施，以降低使用期间 地下室内外温差，从而控制由温差产生的裂缝。5.4 混凝土材料要求5.5 用低热硅酸盐水泥，严格控制水泥用量，每立方混凝土的水 泥用量不超过350kgo5.6 止使用矿粉，粗骨料采用连续级配，细骨料采用中砂，应控 制粗、细骨料的含泥量。5.7 用粉煤灰混凝土，并掺入一定量的缓凝剂及高效减水
10、剂。5.8 ）混凝土采用60d或90d强度，控制混凝土的早期强度，要求 12h抗压强度不高于6kN/mm2 , 24h抗压强度不高于10kN/mm2o5.9 ）地下室外墙、底板、顶板及相关的梁、柱、基础，采用补偿收 缩混凝土。补偿收缩混凝土应采用双层双向配筋，净高度大于3.6m的 地下室外墙，应在墙体高度的水平中线部位上下500mm范围内，水 平筋的间距调整为100mm。5.10 工措施1）施工单位应编制具体详细的超长地下室施工方案及质量控制措 施，并组织专门论证。2）混凝土配合比应经过试配确定。严格控制水泥用量、混凝土单 位用水量。3）根据施工季节确定合理的混凝土浇筑时间，应在相对低温的情
11、况下浇筑混凝土，并控制混凝土的入模温度。设法降低混凝土的水化 热温升、里表温差及降温速率，冬施混凝土成型前后须进行温控计算 和测试。4 ）楼板的通长钢筋、主次梁的通长钢筋，不管上、下筋均应按受 拉钢筋的要求连接。5）按照相关规范要求采取切实可行有效的混凝土养护措施。6）尽量晚拆模，拆模时的混凝土温度（由于水泥水化热引起的） 不能过高，以免接触空气时降温过快，更不能在此时浇注凉水养护。6结语本工程通过温度应力计算对结构在温度作用下产生的变形和内力有 一个整体的、趋势上的把握，以明确结构上温度应力集中的部位，从而有的放矢地采取构造措施，合理设置后浇带和温度构造钢筋，采用 补偿收缩混凝土及在环境温差、材料、混凝土生产技术和施工方面做 好控制，而非对整体结构进行加强，不仅缩短了工期，降低了工程造 价，防止有害裂缝出现，对使用功能更合理有效。现该工程结构已竣 工，无明显温度裂缝出现，即本工程实现超长地下室结构的无缝设计, 可供后期类似工程参考。