超长钢筋混凝土结构设计的实施方法研究

陈波

摘要：通过对超长钢筋混凝土结构裂缝控制的意义及温度应力的分析，提出裂缝控制的各项设计与施工的技术措施。

关键词：超长混凝土结构;无缝设计;裂缝控制

Abstract: based on the long reinforced concrete structure crack control of the significance and the temperature stress analysis, it puts forward the crack control of the design and construction of technical measures.

Keywords: overlong concrete structure; Seamless design; Crack control

中图分类号： TU375文献标识码：A 文章编号：

近年来，我国各种大型公共建筑的建设得到了快速发展，建设方对不设缝的混凝土结构的长度要求越来越高，地面塔楼也越建越多，尤其是对于地下室结构，由于存在防水问题，要求地下室不设缝的呼声越来越高。超长地下结构无缝设计技术目前已在实际工程得到了广泛应用，但也存在许多问题。

一、超长建筑无缝设计的控制方法

在不设置永久沉降缝的情况下，不均匀沉降的控制是工程设计关键技术之一，为了有效控制差异沉降，并达到安全、经济的目标，采取以下各项措施：

1、 控制绝对沉降量

主楼荷载大，裙房部分荷载小，纯地下室区域处于抗浮状态，各区域荷载差异极大，对不均匀沉降十分敏感。因此设计应采用变刚度调平理念，用不同桩参数和桩密度来强化主楼基础，弱化裙房和纯地下室基础，达到减小主楼与裙房和纯地下室的差异沉降。

弱化裙房和纯地下室基础，采用桩长相对较短、持力层较弱的桩基，在主楼沉降的同时，带动相邻跨较弱的裙房或纯地下室基础产生部分沉降，从而在高低层过渡区形成缓和沉降曲线，减少沉降量突变造成的不良影响。这一原理已在以往的工程沉降实测中得到了验证。

2、 设置调节沉降差的沉降后浇带

主楼与裙房和纯地下室的结构及基础设计成整体，但在施工时用沉降后浇带把两部分暂时断开，一般待主楼结构施工完毕，但若有沉降观测，根据观测结果证明主楼结构的沉降在主楼结构完工之前已趋于稳定，也可适当提前或当主楼与裙房之间的沉降差小于设计或规范要求，然后再采用微膨胀混凝土浇灌沉降后浇带，将高低层连成整体。沉降后浇带的设置旨在通过沉降后浇带封闭前，主楼沉降可以大部分独立完成，以降低主裙楼之间的沉降差，使主裙楼之间的差异沉降控制在可以接受的程度。设置“沉降后浇带”的基础，设计时应考虑两个阶段不同的受力状态，分别进行内力分析。设置沉降后浇带的大底盘高层建筑的沉降分析，应分两阶段进行：沉降后浇带封闭前，应根据沉降后浇带设置位置，按几个分块独立建筑，考虑其相互影响，按《建筑地基基础设计规范》的方法计算其变形；沉降后浇带封闭后，根据《建筑地基基础设计规范》规定，在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑时，按照上部结构、基础与地基的共同作用进行变形计算。考虑上下共同作用来协调多塔楼结构的不均匀沉降，使得筏板内力更趋均匀，差异沉降有效减少，设计更合理、更符合实际情况、更经济。

3、 预先设定标高差

经沉降计算，把主楼标高定得稍高，裙房或纯地下室标高定得稍低，预留两者沉降差，使最后两者实际标高基本一致。

二、混凝土收缩应力和温度应力控制方法

对于超长结构的无缝设计，一般的设计思路是：抗放兼备、以抗为主的原则。新浇混凝土在硬结过程中会收缩，已建成的结构温度变化时会热胀冷缩，在正常养护条件下施工后的头1~2个月混凝土硬结收缩量占年收缩量的45%~75%；而温度变化对结构的作用则是经常的，当这两种变形受到约束后，在结构内部就会产生收缩应力和温度应力，当这两种应力分别超过混凝土抗拉强度时就会导致混凝土开裂而形成收缩裂缝或温度裂缝，引起渗漏水。在不设永久伸缩缝的情况下，有效控制混凝土收缩应力和温度应力影响，是确保地下室结构安全、正常使用的设计重点，必须慎重对待。通常采取的措施可以概括为以下几种：

1、 设置施工后浇带

施工后浇带是传统的做法，通常每隔30m~40m左右设置一道1m宽后浇带，以消化收缩变形，减少混凝土收缩应力，上述后浇带一般在其两侧结构施工完成45d~两个月后，采用比后浇带两侧混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土进行浇筑。

2、 设置施加预应力

对于超长大型地下室底板、侧墙及顶板采用预应力混凝土可降低结构钢筋及混凝土的用量，提高了结构的刚度及抗裂性能。对混凝土结构适当施加预压应力，用以抵消由于温度、收缩等原因产生的拉应力，从而达到控制甚至避免结构开裂的目的。其既可提高地下室的防水抗渗性能，也能免除伸缩缝的留设；扩大地下室柱网，提高了工程的实际使用面积和空间布置的灵活性，从而改善了建筑物的使用功能。

3、 配筋控制

构件配筋考虑温度影响，且适当提高构件最小配筋率：

(1) 基础底板及地下室顶板的最小配筋率控制在0.3%左右(双层双向)，中楼板控制在0.25%左右(双层双向)。

(2) 梁的腰筋配筋率，控制在每侧0.20%；且腰筋细而密，间距控制在150mm以内。

4、 添加抗裂纤维

混凝土作为抗压强度高、成本低廉、应用最为广泛的建筑材料，存在着固有的弱点-抗拉强度低、抗裂性差、韧性小等，因此也限制了混凝土性能的充分发挥。目前，在混凝土中添加纤维来提高混凝土耐收缩断裂性(如钢纤维、合成纤维、天然纤维等)是近年来研究和应用最为广泛的途径之一。考虑到经济的因素，在以往的工程中掺加价格较低的聚丙烯纤维，取得了预期的效果。所以，在不采用预应力的情况下，在受气温和约束影响较大的地下室侧墙及地下室顶板添加聚丙烯纤维。

5、 材料和施工质量控制

混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥，控制水泥用量，掺入适当的粉煤灰和外加剂、控制水灰比。控制砂石骨料含泥量和级配、合理选择混凝土配合比。施工应注意控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量。

三 结语

如何控制超长混凝土结构的裂缝，尤其是超长地下室，一直是设计面临的一个难题。本文对超长地下结构无缝设计关键措施进行了一些探讨，希望本文为结构工程师进行超长地下结构设计提供一些有益的参考。

参考文献:

[1]GB50010-200239凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社，2002.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]JGJ3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].中国建筑工业出版社，2002.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。