超長超寬地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

■黃長沙 ■福建西海岸建筑設(shè)計院，福建 福州 350000

近年來，超長超寬地下室結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到越來越廣泛應(yīng)用，在進(jìn)行設(shè)計時需要重點考慮地下室超長給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響，尤其要注意防止因為“超長”而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大較多的裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性甚至安全性。

1 超長地下室結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫成因及影響因素

(1)由荷載的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫。這部分裂縫所占比例較小。

(2)結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫。超長超寬地下室的上部往往有多個層數(shù)、平面布置及結(jié)構(gòu)形式不同的塔樓，由此可引起基礎(chǔ)的不均勻沉降而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此外因為結(jié)構(gòu)“超長”使混凝土溫度裂縫及收縮裂縫有加劇的趨勢。裂縫的發(fā)生與原材料、設(shè)計、施工及使用維護(hù)等多方面因素有關(guān)，現(xiàn)分析如下:①材料因素?；炷潦怯筛鞣N具有不同自身性質(zhì)的成分材料按照一定比例拌制而成的，并非是一種理想的均質(zhì)材料，其自身缺陷對混凝土開裂的影響將是必然的。例如:混凝土硬化期間水泥釋放出大量水化熱，引起混凝土溫度上升。由于混凝土表面散熱條件較好，熱量容易釋放，溫度上升較少;而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，使溫度上升較多而形成約束，其結(jié)果使得混凝土面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土表面就產(chǎn)生了溫度裂縫。除此之外，混凝土結(jié)硬產(chǎn)生的干縮裂縫、混凝土終凝之前產(chǎn)生的塑性收縮裂縫等都是緣于混凝土自身材料因素的影響。②設(shè)計因素?，F(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級及最大裂縫控制寬度限值進(jìn)行了明確規(guī)定，說明在保證結(jié)構(gòu)安全和滿足使用要求的前提下，很多結(jié)構(gòu)構(gòu)件是可以帶裂縫工作的。即設(shè)計本身并沒有考慮從根本上避免結(jié)構(gòu)在使用階段裂縫的產(chǎn)生。而超長地下室通常布置較為復(fù)雜，造成結(jié)構(gòu)平面布置不合理，進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)力集中等不利情況，造成結(jié)構(gòu)開裂。

2 超長地下室結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫控制原則

對于超長結(jié)構(gòu)的裂縫控制多采用“抗”與“放”相結(jié)合的原則?！胺拧奔礈p除約束，以設(shè)置永久性伸縮縫或設(shè)置后澆帶等方法，將超長的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)分割成若干塊較規(guī)整的平面，以釋放大部分變形，減少約束應(yīng)力?！翱埂钡姆椒ㄊ遣扇∮行Т胧┨岣呓Y(jié)構(gòu)抗力，減少混凝土收縮，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。將“放”與“抗”相結(jié)合可以使結(jié)構(gòu)既不產(chǎn)生很大的變位，又不產(chǎn)生很大的應(yīng)力，確保了承載力極限狀態(tài)，也滿足正常使用狀態(tài)，將裂縫控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

3 工程實例

某小區(qū)，由5幢18～26層高層，6幢多層，建筑面積約10萬平方米，一層結(jié)合的大底盤地下室，建筑面積約為2萬平方米，地下室長達(dá)300米。

3．1 第一方案的設(shè)計理由及措施

為解決地下室頂板長度太長，避免收縮變形造成地下室結(jié)構(gòu)破壞的問題，在(D-22)軸和(D-37)軸附近增設(shè)兩道變形縫，此兩道變形縫均在主體塔樓結(jié)構(gòu)之外，并從地下室基礎(chǔ)至頂板完全斷開，綜合伸縮縫、沉降縫和抗震縫的功能，把一個大地下室劃分成為3個尺寸相對較小的、平面較為簡單的地下室，其最大地下室長度方向最大尺寸約為164米。如此劃分以后，使單個地下室頂板不同高差板面太多的問題得到簡化，頂板面標(biāo)高由原來的6種減小為4種;也使施工過程宜于分段，方便不同施工單位合作施工。但是由于地下室分縫產(chǎn)生的不利影響是防水問題，變形縫處是防水的薄弱環(huán)節(jié)，擬采用如下防水措施予以彌補(bǔ):(1)結(jié)施墻板梁的縫隙中嵌入防水材料。(2)設(shè)置橡膠止水帶。(3)在縫隙迎水面增設(shè)補(bǔ)償卷材防水層。(4)在縫隙迎水面設(shè)置防水層的保護(hù)層。(5)在縫隙附近增設(shè)排水溝和集水井，方便維修排水。變形縫處施工難度增加，維護(hù)費用增加。柔性防水的使用年限較短，可靠性差，需要經(jīng)常予以維護(hù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)變形相對較大時更是如此。

3．2 第二方案的設(shè)計理由及措施

(1)在(D-22)軸處宜設(shè)伸縮縫，但底板可以連在一起;(2)地下室頂板應(yīng)覆土800～1000mm，并做好頂板和側(cè)板的防水，頂板宜采用柔性防水層;(3)對施工后澆帶應(yīng)作進(jìn)一步優(yōu)化，使后澆帶設(shè)置比較規(guī)則，方便施工;(4)單層地下室側(cè)壁和頂板宜采用C30混凝土，并嚴(yán)格控制水灰比，可以考慮摻入微膨脹劑或聚丙烯纖維等外加劑;(5)必要時可在外墻設(shè)水平布置的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞索，防止側(cè)板開裂;(6)單層地下室側(cè)壁和頂板的施工應(yīng)根據(jù)不同氣候條件采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

最終設(shè)計采用僅在(D-40)軸與(D-41)軸間設(shè)置一道伸縮縫，將地下室分為1#(左側(cè))地下室和2#(右側(cè))地下室兩部分，兩地下室在中間車道處局部連通。1#地下室長約164m，寬約110m;2#地下室長約127m，寬約105m，仍然超長超寬，抗裂及變形縫處的防水處理成為設(shè)計的重點。首先基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，以卵石層為樁端持力層，樁長約70m，樁徑600～800mm。采用樁基礎(chǔ)使上部塔樓與純地下室沉降差異及沉降變形量都較小，并且在塔樓與地下室連接處設(shè)置了沉降后澆帶，以減小因沉降差異引起的結(jié)構(gòu)裂縫。其次為解決施工期間的混凝土自收縮設(shè)置了伸縮后澆帶。地下室內(nèi)部在使用階段受溫度變化影響較小，需解決的主要問題是混凝土收縮應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的不利影響。沉降及伸縮后澆帶一般設(shè)置在結(jié)構(gòu)受力較小處，一般在梁、板跨度內(nèi)的1/3處，且注意豎向?qū)R、平面規(guī)整，方便施工。后澆帶應(yīng)采用填充用膨脹混凝土澆筑，其強(qiáng)度等級比兩側(cè)混凝土提高一級且≥C30，澆筑時溫度宜低于兩側(cè)混凝土澆筑時的溫度。為更好消除約束力的積聚，后澆帶中鋼筋采取梁底筋腰筋不斷開，面筋隔一斷一(角筋不斷開);板底筋隔一斷一，面筋全部斷開;墻筋全部斷開的措施，斷開鋼筋采用搭接，搭接長度控制為1．6la。

4 結(jié)束語

超長超寬地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及許多內(nèi)容，是一門綜合性很強(qiáng)的工作，而且有許多問題還沒有得到完善的解決，需要人們在實踐中不斷積累經(jīng)驗，并且借助國外成功的例子對現(xiàn)有的設(shè)計方法進(jìn)行優(yōu)化。另外，對于平面尺寸過大的地下室的設(shè)計要根據(jù)具體情況遵循“抗”與“放”結(jié)合的原則，分析主要因素，采取有效的方法和措施，并在實踐中不斷積累經(jīng)驗，總結(jié)得失，提高設(shè)計水平。

［1］中國人民共和國建設(shè)部．GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［2］楊嗣信．高層建筑施工手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．

［3］王鐵夢．工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997．