考虑共同作用下主裙楼建筑后浇带力学性能和封闭时机研究

冯启隆

（山西工程科技职业大学，山西 晋中 030600）

0 前言

在城市化建设进程朝着更快速度变化更新的背景下，大众关于现代建筑空间结构多样性、功能复合性的需求也不断提升，集娱乐、购物、住宿为一体的主裙楼建筑结构大受关注。而前者不可避免地会受到结构、基础、地基的共同作用，进而出现力学性能的良性或者恶性变化。基于此，以共同作用为背景，以主裙楼建筑沉降后浇带为对象，研究其封闭后反力性能、封闭时机就具有非常重要的意义。

1 共同作用和后浇带的概述

1.1 共同作用的概述

共同作用就是指将基础、高层建筑、地基（含桩）视为一个整体，在满足这个整体接触部位变形协调条件的基础上，地基（垫层下面承受基础重量的土壤）、基础（垫层上方、梁墙或柱下方）与建筑上部结构（基础以上的结构）的内部联系表现[1]。其可以将建筑的全部荷载稳定有序地传递到垫层下面的部分，为变形、内力分析提供依据。在高层建筑中，建筑与地基基础共同作用涉及了建筑箱形基础与地基共同作用、建筑筏形基础与地基共同作用、建筑桩筏基础与地基协同作用、建筑桩箱与地基协同作用等。共同作用分析与实际工程契合度较高，计算结果、现场实测结果偏差不大[2]。

1.2 后浇带的概述

后浇带（post-cast strip）就是为了适应现浇钢筋混凝土结构各部分沉降量不相同、水泥与砂石以及水的比例混合物由大变小、环境空气温度骤然变化等因素，在包括基础底板的板端承受外力及重量构造、梁端承受外力及重量构造、墙端承受外力及重量构造适当位置中预留的水泥与砂石以及水的比例混合物带，其具有一定宽度，且需要间隔一段时间（构件内部收缩）再进行浇筑[3]。一般在气候温度处于较低水平时，可以选择直接浇筑强度等级高于构件一个级别水泥混凝土，或者浇筑掺加少量铝粉的水泥，防控后浇带周边出现裂缝等薄弱部位。

后浇带需要以临时施工缝的方式留设。通过临时施工缝，将建筑承受外力及重量构造暂时性地进行若干部分划分。进而经过再浇筑振捣，解决承受外力及重量构造温度作用力、高低层差异下沉陷落应力等导致的结构安全、防水质量不良转变问题[4]。

2 考虑共同作用下主裙楼建筑后浇带力学性能和封闭时机

2.1 案例分析

G 高层建筑建设面积为18562.00m2，主楼21 层，高78.18m，裙楼6 层，高27.00m，地下2 层，房屋长61.80m，根据GB50666 的相关要求，需要进行混凝土收缩缝、温度缝的设置。主楼下基础为梁板式基础，基础梁尺寸为1350.00mmx2756.00mm，筏板厚度为 1.00m；裙房下基础梁尺寸为1150.00mmx1580.00mm，筏板厚度为0.60m。拟建建筑基底直接持力层为重粉质粘土－黏土+局部砂质粉土，直接持力层下为中低压缩性重粉质粘土、第四纪粉质细中砂以及卵石。经过分析，该建筑垫层下面承受基础重量的土壤可以不选择人为构筑物，但主楼、裙楼间差异下沉陷落量仍然与要求存在较大偏差，因此，需进行下沉陷落后浇缝的恰当规划设想[5]。但从建筑使用功能、立面造型方面进行分析，后浇缝、温度缝、收缩缝设置难度较大，且可行性不高。为避免上述问题出现，可以事先拟定宽度为1000.00mm 后浇带设置方案。即选择G 高层建筑内力处于较小的部位，经主楼、裙楼连接跨，从地下室底板、4 层裙楼顶梁以及板的三分之一跨部位向外延伸7.Z/3=2.40m。同时在主裙楼连接跨范围内，分别进行网筋、梁板钢筋的断开、加强处理，同时在板位置进行双层钢筋设置；对于地下室底板，为了保证底板后浇带工程作业开展期间地下室土方回填作业无故障开展，可以在地下室外墙位置进行后浇带的恰当设置。

鉴于该主裙楼建筑后浇带需要承担温度缝、伸缩缝、沉降缝的作用，高层部分沉降程度与高低层沉降差异成反比。因此，在高低层主体承重下沉陷落构全部工程无遗漏作业后，且具体沉降观测结果与规范无较大差异时，可以进行后浇带混凝土的浇筑。

2.2 考虑共同作用下主裙楼建筑后浇带力学性能和封闭时机数值模拟

在ANSYS 软件内，进行G 高层建筑共同作用后浇带模型建立。对于筏板基础、上部结构以及地基土，分别依据线弹性材料、理想弹塑性材料考虑，并在Drucker-Prager 内进行模型构建。同时采取solid65 单元、shell81 单元、shell63 单元、beam181 单元，进行地基、筏板基础与后浇带、楼板及核心筒、梁与柱部位模拟。考虑到地基范围处于一个较大的数值，除了采取共结点连接地基、地下室外，还可以在地基以上截取部分（水平方向从基础边缘向外散射状放宽三倍基础宽度，深度方向取两倍基础宽度）开展区域边界位置移动接近于0 的计算。

具体模拟时，需要从主裙楼工程实施作业顺序入手，在主裙楼内设置b1（裙楼）、b2（裙楼）、p1（主楼）、p2（主楼）四个点，并提取ANSYS 软件内自带的基础沉降核算参数，经单元生死技术“杀死”没有建设的单元部分后顺序于不同状态下激活，为对比分析提供依据。

①为正常作业程序，具体为地下室→前两层或一层裙房、主楼→后两层或四层裙房、主楼→十层主楼→十五层主楼→封顶。

②为设计施工步骤，具体位置两层地下室→十层主楼→两层裙房→后两层裙房→十五层主楼→封顶。

③为地下室→十层主楼→十五层主楼→封底→前两层裙房→裙房封顶。

在①工况下，裙房位置沉降发展较为平和缓慢，无较大波动，这主要是由于地基为承载力较高的软岩，不会对主楼、裙房沉降造成过大影响。而在主楼施工作业不断深入进程中，主楼位置荷载也持续增加，造成了日益加剧的沉降，致使主楼、裙楼之间差异持续扩大至封顶；而在②下，十层主楼建设时刻裙房沉降被首次激活，且在整个工程建设阶段沉降处于一个较低的水平，且整体变化具有缓慢性、匀称性。但是在主楼工程建设期间开展裙房建设，无法保证主楼、裙房沉降发展速率趋于一致，且两者间沉降差异处于在不间断增加状态。进而导致沉降后浇带封闭前期（或整个建筑施工作业完成前）独立完成多数主楼沉降，主楼与裙楼之间的不均匀沉降差值也形成一个稳定的数值，引发后浇带封闭时机前移；而工况③倒数第三个步骤为主楼施工作业提前完成后开展裙房工程建设，在裙房工程建设的同时促使主楼以一个较小的速度进行沉降释放。在该施工顺序下，主楼、裙房沉降差异发展速度处于一个最小的水平，主楼、裙房沉降差异也没有呈现继续扩大态势，保证工程建设期间G 高层建筑整体沉降的大体完成。因此，可以选择③作为G高层建筑后浇带操作顺序。

在G 高层建筑后浇带操作顺序确定后，可以在结构-基础-地基作用下，以后浇带设置在主楼裙房第一跨为前提条件，进行后浇带封闭时间的研究。即对比G 高层建筑主裙楼后浇带封闭前期、封闭后期工况差异，经单元生死技术，先后开展工程建设阶段不封闭后浇带并读取裙房主楼沉降（含基底反力）、工程建设阶段封闭后浇带并在中途记录主楼裙房沉降（含基底反力）。

表2 中①、②、③后浇带封闭时机分别为未施工裙房并在主楼施工完毕后、封顶后、施工前两层裙房并在主楼施工完毕后。由表2 可知，更改顺序后，主楼与裙楼沉降差随施工作业推进发展态势趋缓，且随着后浇带封闭时间的推移，主楼向裙房扩散载荷、两者的沉降差均朝着更小的水平发展。同时由于沉降后浇带封闭前期，后浇带周边地基承担着主楼荷载，经基础获得的有效扩散渠道受阻，致使主楼沉降处于一个迅速变化的态势。若后浇带封闭时间过分推迟，就会给主楼荷载扩散造成一个阻滞力，诱发主楼沉降数值的扩散。因此，应结合GB50007 关于高层建筑沉降差允许值应为0.002～0.003L（柱距）的标准，在①时可以进行后浇带封闭。

表2 后浇带沉降及基底反力（平均）

3 结束语

综上所述，上部结构通过基础、墙、柱连接，基础底面、地基相接触，形成了一个环环相扣的体系。在体系各模块接触位置，不单单传递着荷载，而且进行了相互作用、约束。通过沉降后浇带代替沉降缝、温度缝、收缩缝，可以在约束主楼、裙楼间沉降差异形变的同时，释放初期混凝土水化、后期混凝土收缩引发的形状变化，避免裂缝等薄弱部位的形成。同时设计人员可以在ANSYS 软件内，以拟设后浇带的主裙楼建筑为单元，开展上部结构-基础-地基共同作用过程模拟。从封闭后浇带前后阶段入手，结合理论计算、实际沉降观测记录，选择最佳封闭时机。