高層建筑地下室的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、高層建筑地下室的優(yōu)化設(shè)計(jì)【摘要】本文結(jié)合實(shí)際工程,推薦了超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),探討了因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)超長(zhǎng)引起的大面積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防治措施,實(shí)踐證實(shí),該工程施工工程質(zhì)量良好,取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 【關(guān)鍵詞】高層建造 地下室 優(yōu)化設(shè)計(jì) 一、工程概況 上海濱江凱旋門(mén),總建造面積20610m2,為大底盤(pán)、多塔結(jié)構(gòu),其中地下室建造面積36340m2,結(jié)構(gòu)最大長(zhǎng)約378m,最大寬約154m,中間設(shè)置一道伸縮縫。地下室分為二個(gè)區(qū):區(qū)結(jié)構(gòu)最大長(zhǎng)約208m,最大寬約154m,區(qū)結(jié)構(gòu)最大長(zhǎng)約170m,最大寬約80m。地下室局部為6級(jí)防空地下室。人防區(qū)底板厚0.8m,側(cè)墻厚0.5m,頂板厚0.25m;非人防區(qū)底板

2、厚0.6m,側(cè)墻厚0.4m,頂板厚0.2m。主樓筏板厚度分離為1.5m、2.0m。地下室混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35,混凝土抗?jié)B等級(jí)為S8。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,本工程地下室結(jié)構(gòu)屬于超長(zhǎng)大面積混凝土結(jié)構(gòu)工程,所以針對(duì)本工程實(shí)際狀況,實(shí)行了多種技術(shù)措施來(lái)防止因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)超長(zhǎng)引起的裂縫。 二、超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)縫設(shè)計(jì)要點(diǎn) 結(jié)構(gòu)溫度、收縮應(yīng)力是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變形受約束而產(chǎn)生的。在理論上只要材料的強(qiáng)度不小于最大約束應(yīng)力,則隨意長(zhǎng)度結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫亦不會(huì)開(kāi)裂。因?yàn)榛炷敛牧系目估瓘?qiáng)度很低,韌性差,以及在結(jié)硬過(guò)程中產(chǎn)生收縮,理論和實(shí)踐均證實(shí),若不實(shí)行措施,難以滿意混凝土規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫的要求。因此,為防止消失上述狀況,該超長(zhǎng)地下室

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)行以下措施防止因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)超長(zhǎng)引起的裂縫。 1.設(shè)置后澆帶 (1)間距。結(jié)合建造物長(zhǎng)度、氣候環(huán)境特點(diǎn)綜合考慮,后澆帶間距一般控制在3040m左右,因建造緣由無(wú)法設(shè)置后澆帶時(shí),增設(shè)膨脹加強(qiáng)帶。 (2)位置。小跨梁開(kāi)間或受力較小的部位,一般設(shè)置在梁跨1/3處。平面布置時(shí)梁的布置平行于后澆帶,以免梁截?cái)嗵?。視詳?xì)狀況可沿平面蜿蜒通過(guò)。 (3)寬度。綜合考慮,本工程后澆帶寬度取為800mm。 (4)鋼筋。后澆帶部位的構(gòu)件鋼筋不截?cái)?且增設(shè)不少于原配鋼筋20%的附加鋼筋, 深化后澆帶兩側(cè)各1000mm,這樣可避開(kāi)梁鋼筋所有截?cái)嗪笤斐傻匿摻畲?、焊接困難。 (5)澆筑時(shí)光。為最大限度削減混凝土施工過(guò)

4、程的溫度及收縮應(yīng)力,后澆帶的保留時(shí)光應(yīng)不少于六個(gè)月,且澆筑時(shí)的溫度宜低于主體混凝土澆筑時(shí)的溫度。 (6)混凝土。采用C40的微膨脹混凝土澆筑(應(yīng)保證水中養(yǎng)護(hù)14天的混凝土限制膨脹率大于等于0.035%)。 (7)斷面形式。一般避開(kāi)留直縫,對(duì)于板可留斜縫;對(duì)于梁及基礎(chǔ),可留企口縫。 (8)地下室有防水要求,在新老混凝土之間設(shè)置鋼板止水帶,以防止?jié)B漏。 2.設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶 本工程地下室體型復(fù)雜,上部結(jié)構(gòu)在地下室內(nèi)柱網(wǎng)羅列也不勻稱(chēng),所以部分區(qū)域后澆帶間距無(wú)法保證,為此,在這些區(qū)域增設(shè)膨脹加強(qiáng)帶并結(jié)合跳倉(cāng)法施工。膨脹加強(qiáng)帶混凝土采用C40的微膨脹混凝土澆筑(應(yīng)保證水中養(yǎng)護(hù)14天的混凝土限制膨脹率大于等

5、于0.035%),在其兩側(cè)架設(shè)密孔鐵絲網(wǎng),以防止兩側(cè)混凝土流入膨脹加強(qiáng)帶,膨脹加強(qiáng)帶鋼筋增強(qiáng)作法同后澆帶。 3.采用低水化熱的水泥配置混凝土并適量加入粉煤灰 混凝土內(nèi)外部溫差過(guò)大會(huì)產(chǎn)生裂縫,主要是由水泥水化熱引起的。地下室超長(zhǎng)大體積混凝土基礎(chǔ)中,混凝土強(qiáng)度級(jí)別較高,水泥用量大,因此混凝土在初凝過(guò)程中會(huì)有大量水化熱產(chǎn)生?；炷潦菬岬牟涣紝?dǎo)體,又因?yàn)榈叵率业装寮胺ぐ鍘缀纬叽缇薮?這些熱量不易準(zhǔn)時(shí)排出而積聚,導(dǎo)致了其內(nèi)部溫度快速上升(最高時(shí)可達(dá)7080);相反,在構(gòu)件表面,則因?yàn)樯釛l件良好,溫度保持較低水平。這樣就消失了內(nèi)外溫差,這種相對(duì)的“內(nèi)脹外縮”使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)它超過(guò)混凝土拉伸極限

6、時(shí),裂縫就產(chǎn)生了。 粉煤灰水泥系在硅酸鹽水泥中摻入占水泥分量20%40%的粉煤灰組合而成。其有如下特性:早期強(qiáng)度較低,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快;水化熱較小;耐凍性差;耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好;抗炭化能力差;抗?jié)B性較好;干縮性較小;抗裂性較好。 抉擇粉煤灰水泥在技術(shù)上有兩點(diǎn)益處:一是削減內(nèi)部水化熱的產(chǎn)生(由于削減了水泥用量);二是削減混凝土的“干縮”量,這樣從整體上對(duì)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到了預(yù)防和抑制作用。 4.加大碎石骨料用量 碎石骨料表面粗糙與水泥的膠結(jié)良好,同樣配比的混凝土其強(qiáng)度較卵石混凝土高,并可降低水化熱,收縮變形小,從而裂縫也小。在滿意施工泵送要求的狀況下,加大碎石骨料用量,降低水泥用量,減小

7、混凝土的水化熱,能更好地保證混凝土的質(zhì)量。 5.降低水灰比 決定設(shè)計(jì)協(xié)作比階段,實(shí)行降低水灰比的措施。實(shí)行該措施的目的在于削減用水量,降低混凝土的收縮。同時(shí)建議施工單位在混凝土澆筑階段,采用二次振搗的工藝,即在混凝土初凝前舉行二次振搗,避開(kāi)混凝土因沉降收縮而引起的裂縫。 6.摻加膨脹劑 從廣義來(lái)看,摻加膨脹劑的混凝土是一種補(bǔ)償收縮的混凝土,這就要求對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的早期收縮裂縫要舉行控制,其思路為“以抗為主”的原則,利用補(bǔ)償收縮混凝土在硬化過(guò)程產(chǎn)生的膨脹作用,在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生少量預(yù)壓應(yīng)力用來(lái)補(bǔ)償混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的溫度和收縮拉應(yīng)力,從而防止收縮裂縫或把裂縫控制在無(wú)害裂縫范圍內(nèi)。 本工程地下室全部混

8、凝土均添加UEA-H 高抗裂膨脹劑,并要求保證水中養(yǎng)護(hù)14天的混凝土限制膨脹率大于等于0.025%。膨脹劑通過(guò)水化反應(yīng),使混凝土產(chǎn)生適量膨脹,在鋼筋和鄰位的限制下,在混凝土中建立0.30.5MPa的預(yù)壓應(yīng)力,可大致抵消混凝土干縮及溫度收縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力,防止混凝土開(kāi)裂。同時(shí)膨脹劑水化時(shí)生成的膨脹結(jié)晶使混凝土的抗?jié)B能力大大提高,從而實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂與抗?jié)B的目的,提高了結(jié)構(gòu)的整體抗裂性能和抗?jié)B標(biāo)號(hào)。 7.設(shè)水平暗梁 因?yàn)閴w受施工和環(huán)境溫度、濕度等因素影響較大,簡(jiǎn)單消失豎向收縮裂縫,混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高,開(kāi)裂幾率越大。本工程設(shè)計(jì)時(shí)在計(jì)算滿意的前提下適當(dāng)提高了墻體的水平鋼筋配筋率,水平鋼筋的間距小于

9、等于150mm,即實(shí)行細(xì)而密的配筋原則。因?yàn)閴w受底板或頂板的約束較大,混凝土脹縮不全都,所以設(shè)計(jì)圖紙中在墻體中部及端部各設(shè)一道水平暗梁,用來(lái)控制墻體有害裂縫的消失。 8.增設(shè)構(gòu)造鋼筋 因?yàn)閴εc柱的配筋率相差較大,混凝土脹縮變形與限制條件有關(guān),又因?yàn)閼?yīng)力集中緣由,在離柱子12m的墻體上易消失豎向收縮裂縫。設(shè)計(jì)要求在墻柱銜接處設(shè)水平附加筋,附加筋的長(zhǎng)度為2000mm,插入柱子中200mm,插入墻體中1800mm,該處配筋率相應(yīng)提高10%15%。這樣,有利于凝聚墻柱間的應(yīng)力集中,避開(kāi)豎向裂縫的消失。 9.加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù) 摻UEA-H混凝土的養(yǎng)護(hù)是保證工程質(zhì)量的最重要的措施之一,要派專(zhuān)人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)工作,混凝土終凝后2小時(shí)即開(kāi)頭養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期不少于14天。 (1)地下室混凝土實(shí)行蓄水養(yǎng)護(hù);樓板混凝土板表面務(wù)必掩蓋二層草袋,并以天天澆水23次方式養(yǎng)護(hù),或?qū)嵭行钏?0cm深的方式養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)保持混凝土內(nèi)外溫差不大于25。 (2)墻體養(yǎng)護(hù)一般可以延伸模板的拆除時(shí)光35天,然后再派專(zhuān)人澆水養(yǎng)護(hù)。 三、結(jié)語(yǔ) 超長(zhǎng)大面積混凝土務(wù)必嚴(yán)格按有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求組織施工,分區(qū)灌溉為好。本工程施工時(shí),本地的商品混凝土攪拌站還無(wú)法做限制膨脹率實(shí)驗(yàn)(該實(shí)驗(yàn)是在上海完成),所以應(yīng)對(duì)與施工過(guò)程中監(jiān)理如何控制混凝土限