主-裙樓差異沉降控制策略研究

宋建學(xué)，于海賓

主-裙樓差異沉降控制策略研究

宋建學(xué)1，于海賓2

(1.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省建筑設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450001)

針對筏板基礎(chǔ)形式，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法確定主-裙樓差異沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)，以主-裙樓差異沉降導(dǎo)致基礎(chǔ)底板開裂為臨界條件，推導(dǎo)出允許差異沉降計算公式。結(jié)合工程實例，驗證了公式的適用性。相關(guān)成果可對沉降后澆帶施工時機確定提供幫助。

土木建筑工程設(shè)計；沉降；差異沉降；沉降后澆帶

在高層建筑平面設(shè)計中，常常需要把主樓與裙房組合布局。由于主樓荷載較大，主-裙樓間會發(fā)生較大的差異沉降。目前工程上常通過設(shè)置沉降后澆帶來減輕和控制因不均勻沉降引起的主、裙樓間結(jié)構(gòu)破壞。對于地下水位較高的工程，在后澆帶澆筑后并且達(dá)到一定的強度時，基坑才能回填。在此之前，基坑降水不能停止，建筑物內(nèi)的主要設(shè)備無法安裝，這不僅給基坑安全帶來很大風(fēng)險，同時也直接影響工程的經(jīng)濟效益[1-2]。因此，研究主、裙樓間的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，進而確定沉降后澆帶最佳澆筑時機，盡可能地提前澆筑后澆帶具有理論和工程意義。

1 主-裙樓差異沉降控制

通常，鋼筋混凝土構(gòu)件是帶裂縫工作的。混凝土構(gòu)件的裂縫控制與環(huán)境有關(guān)，最大裂縫寬度限值及裂縫控制等級如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級和最大裂縫寬度限值[3]

工程實踐中可根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件所處的環(huán)境類別，由表1確定混凝土構(gòu)件最大裂縫寬度。

高層建筑主-裙樓發(fā)生差異沉降時，兩側(cè)的基礎(chǔ)會發(fā)生相對位移，當(dāng)相對位移較大時會導(dǎo)致基礎(chǔ)底板混凝土發(fā)生開裂。對于地下水位較高的工程，裂縫過大會使底板滲水，從而影響建筑的使用功能[4]。

本文針對筏板基礎(chǔ)形式，以主樓和裙樓之間的差異沉降導(dǎo)致基礎(chǔ)底板裂縫限值為控制條件，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法推導(dǎo)主-裙樓差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，確定主-裙樓間基礎(chǔ)底板能夠承受的最大差異沉降Δ。

2 主-裙樓差異沉降計算公式

2.1差異沉降引起的底板彎矩計算

后澆帶澆筑后與主樓和裙樓地下室底板連成整體。參照無梁樓蓋結(jié)構(gòu)中板的計算模型，把板劃分為柱上板帶和跨中板帶，以計算板內(nèi)因差異沉降引起的附加彎矩。理論分析中，彎矩在柱上板帶和跨中板帶上沿橫向近似均勻分布[5]，因此計算模型可以把柱端視為固定端，取柱上板帶1 m寬的板帶作為分析對象，如圖1所示。

圖1 底板計算模型

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)位移法，當(dāng)發(fā)生沉降差異Δ時，板端彎矩為：

(1)

式中：L-主樓和裙樓柱間中心距；B-板帶的剛度。

2.2允許差異沉降計算公式

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中，考慮長期荷載作用的最大裂縫寬度可按式(2)計算：

(2)

(3)

式中：σs—鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力。

底板混凝土發(fā)生最大限值裂縫寬度時，板端彎矩可由公式(4)確定：

(4)

由式(1)～(4)可得出差異沉降公式：

(5)

式中：B—考慮荷載長期作用影響的混凝土構(gòu)件剛度，由式(6)確定：

(6)

Bs—鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的短期剛度，按下式進行計算：

(7)

式中：αE—鋼筋與混凝土彈性模量的比值。

聯(lián)立以上各式可推導(dǎo)出最大差異沉降公式為：

(8)

3 算例

將上述計算參數(shù)代入式(8)，可得出主-裙樓最大沉降差異為：Δ=10.6 mm，約為主樓與裙樓柱間中心矩的1/1 000。

綜上所述，當(dāng)本工程主-裙樓間的差異沉降控制在Δ=10.6 mm內(nèi)時，基礎(chǔ)底板因主-裙樓不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫不超過限值，不影響建筑的使用功能。這一結(jié)論可為后澆帶的施工決策提供依據(jù)[6]。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)建筑基礎(chǔ)底板混凝土裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)可以推導(dǎo)出主-裙樓允許差異沉降計算公式。

(2)主-裙樓設(shè)計階段，只要計算確定的主-裙樓差異沉降量差小于“允許差異沉降”，可不設(shè)沉降后澆帶。

(3)當(dāng)計算確定的主-裙樓最終沉降差大于“允許沉降差”且設(shè)有沉降后澆帶時，施工過程中可根據(jù)主、裙樓沉降發(fā)展趨勢，當(dāng)可預(yù)測主-裙樓“后期”差異沉降小于允許差異沉降時，即可澆筑沉降后澆帶。

[1] 張保良，張鵬飛．帶裙房高層建筑的沉降縫設(shè)置探討[J]．建筑結(jié)構(gòu)，1996(6)：21-26．

[2] 陳祥福，邵偉，薛慶峰，等．高層建筑與裙房間無沉降縫設(shè)計與工程實例[J]．地下空間與工程學(xué)報，2010，6(4)：815-820．

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB 50010-2010[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

[4] 胡佳泉.黃山市天都小區(qū)住宅基礎(chǔ)沉降縫的處理[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2006(10)：31．

[5] 何廣乾．具有多層地下室的高層建筑在上部較大差異荷載下可不設(shè)沉降縫的實例和趨向分析[J]．建筑科學(xué)，2002，18(3)：3-5．

[6] 于海賓．高層建筑樁筏基礎(chǔ)沉降后澆帶澆筑時機研究[D]．鄭州：鄭州大學(xué)，2015．

Controlstrategyfordifferentialsettlementbetweenmainstructureandsurroundaffiliatedbuildings

SONG Jian-xue1,YU Hai-bin2

(1.SchoolofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China; 2.HenanInstituteofArchitecturalDesign,Co.Ltd.,Zhengzhou450001,China)

According to the form of raft foundation,the control standard of difference drop of main-surround affiliated building is determined by structural mechanics method,and the calculation formula of allowable differential settlement is deduced by the difference settlement of main-skirt building which leads to the cracking of base floor.The applicability of the formula is verified with the example project.The related results can be helpful to determine the time of construction of the pouring belt after settlement.

civil engineering design; sedimentation; differential settlement; post cast joint for settlement controlling

2017-04-15

鄭州市科技領(lǐng)軍人才計劃項目(112PLJRC353)

宋建學(xué)(1967—)，男，河南洛陽人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師。

1674-7046(2017)03-0016-03

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.03.004

TU198

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