特超长地下室温度应力裂缝控制措施

特超长地下室温度应力裂缝控制措施

孙功

（湖南省第六工程有限公司，长沙 410000）

摘要：以西宁市城中区元堡子片区棚户区改造安置小区项目-地下室为工程实例，分别介绍了工程概况，对特超长地下室温度应力裂缝控制措施进行比选，以SATWE软件及PMSAP软件对地下室温度应力计算分析，同时着重分析温度荷载的影响因素及其取值。对温度应力计算前及增加温度荷载后的结果进行对比分析，提出超长地下室控制温度应力裂缝的一些有效措施。

关键词：超长地下室；温度应力；温度荷载；裂缝控制。

Design and Analysis of large cantilever structure of reinforced concrete archaize building

SUN Gong

(Hunan Sixth Engineering Co. LTD，Changsha 410000,China)

Abstract: taking xining city shantytowns transform resettlement community projects in the central yuan great - the basement for the engineering example, respectively introduces the engineering general situation, for super-long basement temperature stress crack control measures for comparison, with software SATWE and PMSAP software the temperature stress calculation and analysis of the basement, and emphatically analyzes the influence factors of temperature load and its values. The results of temperature stress calculation and temperature load increase are compared and analyzed, and some effective measures to control the temperature stress crack in the super-long basement are put forward.

Key words: extra-long basement; Temperature stress; Temperature load; Crack control.

0引言

城市建设中大量大型地下室建筑涌现，考虑到使用要求、地下建筑防水以及地下室顶板作为上部结构嵌固端的要求，往往地下室均不按照《混凝土结构设计规范》表8.1.1的要求设置伸缩缝。混凝土结构设置伸缩缝，目的是为了减小由于温差（早期水化热或使用期季节温差）和体积变化（施工期货使用早期的混凝土收缩）等间接作用效应积累的影响。故对于长度超过该规范限值的混凝土结构均应考虑温度应力的影响，必要时需进行温度应力计算，同时应采取相应的超长结构控制温度应力裂缝的有效措施。

1. 工程概况

西 宁市城中区元堡子片区棚户区改造安置小区项目由整体地下室和地上19栋高层塔楼组成。地下室总建筑面积82420㎡，长度为601.7m,宽度为273.55m。已远远超过规范规定的要求，属特超大超长混凝土结构，必须从设计、材料、施工、养护等各方面采取综合措施进行裂缝控制。本工程抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.1g，多遇地震下水平地震影响系数最大值为 0.08，设计地震分组为第一组，场地类别为 Ⅱ类，特征周期 Tg 采用 0.45 s。地下车库采用框架结构体系，主楼周边相关范围内框架抗震等级同主楼，其余地下室区域框架抗震等级为三级；地下室顶板采用钢筋混凝土梁板结构，地下室层高 4.2m，顶板覆土厚度平均约为 2m。地下室梁、

图 1- 地下室负一层平面图 图 2- 三维计算模型

板、柱、墙混凝土强度等级均采用 C35 级（其中

外墙，底板及顶板混凝土抗渗等级为 P6），所有受力钢筋均采用 HRB400 级。根据《混凝土结构设计规范》相关规定，当伸缩缝间距比起规范增大较多时，尚应考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。

本文以西宁地区的月平均最高温度及月平均最低温

度为基准，考虑结构离地表深度、设置后浇带、地下室顶板保温、施工时的措施、混凝土徐变效应以及刚度折减效应的影响。 分析整体地下空间在各个阶段所承受的温度荷载类型，对温度作用和温度参数取值以及温度工况的确定方法进行了系统探讨，并考虑混凝土徐变、界面裂缝以及覆土深度对温度应力的折减，就温度荷载对混凝土结构内力和配筋结果的影响作相关分析，并根据计算结果和实际情况，采取设置多重抗裂措施考虑超长结构温度应力的影响。

2. 温度荷载的确定

对于超长地下室结构混凝土结构开裂来说,环境温度的降低和混凝土的收缩变形起到间接的作用,对于混凝土收缩变形经常等效为当量温差。因此,混凝土收缩变形包括两个方面,即当量温差和环境温差。

温度应力计算时温度荷载等于降温或升温温差与混凝土收缩当量温差之和。根据《建筑结构荷载规范》，西宁月平均最高气温为 29℃，月平均最低气温为 -19℃，本项目要求后浇带封闭后尽快完成地下室侧墙土体回填、顶板保温层的铺设及洞口周边封闭，同时考虑到回填土对超长地下室温度应力的有利影响。最低月平均气温可取0度，最高月平均气温可取15度。设计中要求后浇带合拢时温度为5~10度。

环境温度最不利降温温差为10-0=-10℃，最不利升温温差为15-5=10℃。何明哲[1]由于混凝土徐变效应以及刚度折减效应,计算温差还应折减,其中徐变系数取0.3,刚度折减系数取0.85。故考虑到混凝土徐变效应及刚度折减效应，该温度荷载还可做进一步的折减，因此用于设计降温温差为-15×0.3×0.85=-3.825℃,升温温差为20×0.3×0.85=5.1℃。

3. 温度应力分析

根据上文所确定的温度荷载取值，温度应力计算采用通用结构分析软件：PKPM结构设计软件SATWE模块及PMSAP模块。结构分析模型为整体空间模型。空间模型详见图2，在PMCAD中建好模型进入PMSAP，补充建模——构件定义，指定

楼板为弹性膜计算框架的温度作用，将结构楼板定义为弹性模，返回补充建模，温差场指定——指定温差（这里温差输入降温和升温两个工况），定义好温差后布置到结构（这里只能加在节点上）。然后返回PMSAP主菜单，运行“接PM生成PMSAP数据”菜单，进入“参数补充及修改菜单”，修改各温度参数：“砼构件效应折减系数”（0.3）、“弹性模量折减系数”（0.8）、“温度荷载组合数”（1.2x0.7），运行“结构分析及配筋计算”菜单；进入“分析结果图形显示”查看计算结果。

模型计算时地下室框架梁、框架柱柱采用杆单元，混凝土外墙采用壳单元，能真实地反映外墙刚度对顶板的约束作用，顶板采用壳单元，能真实地计算楼板的面内刚度和面外刚度。计算时考虑梁与弹性板变形协调，考虑收缩徐变的混凝土构件温度效应徐变系数取0.3。

地下室顶板板的计算在降温工况下板中应力分布 X 向。通过有限元分析可见本工程地下室顶板在降温工况下温度应力分布具有如下特点：①顶板靠近地下室外墙及主楼约束强，因此拉应力较大，中间顶板约束较小，拉应力较小；②中间区域的温度应力趋于定值（1.9MPa），不随地下室长度的增加而增大；③降温工况下，楼板应力以拉应力为主，在板内部阳角位置，约束较强时，会出现部分压应力区域。根据本工程应力分析结果，地下室顶板降温工况下 1.9MPa 的拉应力由钢筋承担，所需楼板配筋率为 1.9/360×100%=0.53%，则单层配筋率为0.265%，给合竖向荷载计算配筋，本工程顶板取 250 厚，配筋为 12@150双层双向通长，局部区域支座和跨中配筋量不够时设置附加钢筋，附加钢筋与通长钢筋间隔放置。

地下室顶板梁的计算在升温及降温两个工况下，温度应力分布特点:①梁顶支座处应力拉应力较大梁底拉应力较小；②梁顶跨中出现一定的拉应力，梁顶拉通钢筋的配筋量得到一定的体现；③两侧腰筋拉应力出现较大的增加，考虑温度应力之前两侧为构造腰筋，加上温度荷载后，该部分腰筋均需按抗扭钢筋的要求来设置，以抵抗两侧的温度应力。

4. 裂缝控制的措施

1）底板（含基础）、顶板梁、板及外围挡土墙均采用补偿收缩混凝土，水泥中应掺加混凝土微膨胀剂，,限制膨胀率0.020%。

2）结合温度应力计算配筋值，地下室顶板除双层双向配筋外，沿长方向增大配筋率，配筋率不小于0.3%。增大梁腰筋配筋量，梁腰筋单侧配筋率控制为大于或等于0.1%,且腰筋均按抗扭钢筋的要求配置。除温度应力计算要求外，梁顶拉通钢筋设置不少于四根（温度应力计算配筋量普遍为三根），钢筋直径同支座负筋。增大地下室外墙水平钢筋配筋率，配筋率控制在为0.4%～0.6%。

3）后浇带及膨胀加强带的间距严格控制在40m以内，且沿地下室长方向后浇带间距适当加密。要求后浇带内钢筋在后浇带内错开搭接不得直通, 混凝土浇筑前在钢筋搭接位置中部单面焊10d(d为钢筋直径单位)搭接钢筋。后浇带处混凝土采用C40膨胀混凝土，内掺混凝土微膨胀剂，限制膨胀率不小于0.02%。阻裂效能等级为一级。

4）在施工图中明确提出后浇带封闭后尽快完成地下室侧墙回填、顶板保温及洞口封闭的要求。

5）超长混凝土抗裂技术专篇中明确混凝土材料及混凝土配比要求、后浇带及膨胀加强带的施工要求、混凝土施工及养护的要求。

5、结语

本文以实际工程项目的计算分析，总结了对于未设置伸缩缝特超长地下室（达到600米）在进行温度应力计算时温度荷载的取值与地下室顶板覆土、后浇带的设置、地下室顶板保温层的设置、施工措施及混凝土徐变等因素有关，可以对温度荷载进行较大的折减。结合温度应力计算的结果提出了的裂缝控制的在结构设计中配筋、混凝土性能的要求及后浇带设置等控制措施。

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