超长地下室混凝土结构裂缝控制设计.doc

1、1超长地下室混凝土结构裂缝控制设计摘要：混凝土结构裂缝是地下室常见的病害，裂缝形成的主要阶段集中于施工期间，而材料质量问题也极易引起地下室钢筋裂缝。针对这一点，本文从施工、材料两方面分析了地下室混凝土结构裂缝的成因，并提出有效的裂缝处理方案。 关键词：超长地下室 混凝土 裂缝 设计 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 前言 混凝土是建筑工程必备材料，在行业技术改革的推动下混凝土材料的性能显著改善，钢筋混凝土成为了高层建筑的常用混合料。考虑到地下室的特殊性，施工单位采用钢筋混凝土加固地下室结构以保证整体建筑物的稳定性，对维护高层建筑的使用性能发挥了重要作用。 一、结构设计 超长地下

2、室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, 只有这三要素同时存在时, 才会产生非荷载裂缝。因此从受力机理的角度讲, 解决超长地下室混凝土结构裂缝的方法不外乎以下三种: 一是减小变形; 第二是解除或减小约束;再就是提高材料的抗裂性能 1 结构布置 2一个结构如果自身处于完全自由状态, 则再大的砼收缩及温差变形也不可能引起内力变化。因此在满足抵抗水平力作用的前提下, 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

3、度中心与几何中心尽量重合, 以便于两端构件以中部为对称轴相对容易的胀缩, 从而在相同温度荷载下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, 两端建筑为二十三层纯剪力墙结构住宅楼,中部为十七层框架剪力墙结构住宅楼, 因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, 建设方未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同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

4、, 提高混凝土的阻裂能力, 改善混凝土的脆性, 提高混凝土的抗裂性能,致使“抗”的措施也未能实现。2 后浇带设置 超长地下室通常为无缝设计, 工程上一般采用间隔 30m 40 m 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,因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。而不能无论什么工程中都依靠工程经验按照 30 m 40 m 的间距设置后浇带, 这样有时可能不能完全解决3问题, 有时可能又显得过于保守。目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

5、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,本人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: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;有连续钢筋穿越的后浇带应在允许范围内尽量加宽; 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。 3 温度应力计算 超长地下室混凝土结构计算温差主要由

6、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, 综合考虑砼收缩变形、膨胀剂影响以及后浇带闭合前砼已完成约 30% 的收缩变形等因素, 一般收缩等效温差可取 10; 季节性温差为建筑物成型时的环境温度与使用时的环境温度差值, 超长砼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; 而砼在夏、秋季封闭成型时, 结构温度场应通过对同纬度相类似工程的实测值确定, 必须考虑到日照等环境因素对混凝土结构温度的影响, 不能简单采用气温值。由于砼在夏季封闭成型时, 结构主要在负温差作用下结构收缩与砼收缩应力相累加, 是超长混凝土结构计算中的最不利工

7、况, 因此, 设计时除非能确认砼具体成型时间, 否则应按夏季工况计算确定季节性温4差。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, 将该三部分当量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。计算所得的间距作为该超长混凝土结构的可能最大后浇带间距, 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”来增强该区段的砼的抗收缩能力。 二、施工要点 超长地下室混凝土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

8、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)在满足混凝土膨胀量、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、

9、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。 5(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)在混凝土中掺人一定比例的改性聚丙纤维, 可有效的提高混凝土的阻裂能力、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 10 天左右强度达到 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

10、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。 结束语 在工程设计中, 当建筑使用功能要求超长地下室不设温度伸缩缝时, 为保证结构在“超长”的条件下仍能安全使用, 不出现裂缝, 一般可以选择预应力混凝土和微膨胀混凝土两种方案, 而微膨胀混凝土方案如使用得好, 可以做到结构不裂、不渗水、节省投资。因此在工程中采用较多。但在采用微膨胀混凝土方案时必须针对工程进行一系列的计算, 同时进行科学试验, 测得工程设计所需的技术数据, 结合工程实际进行设计与施工。 参考文献 1 陆少连,过寿先,魏关来. 杭州铁路新客站超长地下室的设计与6施工J. 建筑技术开发. 2000(01) 2 陆少连. 杭州铁路新客站主站房地下室裂缝控制设计探讨J. 浙江建筑. 2001(S1) 3 李永国. 超长地下室的裂缝控制J. 住宅科技. 2004(12) 4 周涌,温有林. 地下室裂缝控制J. 建筑. 2004(01)