高层建筑地下室的优化设计

1、高层建筑地下室的优化设计【摘要】本文结合实际工程,推荐了超长地下室结构设计,探讨了因为结构超长引起的大面积混凝土结构裂缝的防治措施,实践证实,该工程施工工程质量良好,取得了良好的社会和经济效益。 【关键词】高层建造 地下室 优化设计 一、工程概况 上海滨江凯旋门,总建造面积20610m2,为大底盘、多塔结构,其中地下室建造面积36340m2,结构最大长约378m,最大宽约154m,中间设置一道伸缩缝。地下室分为二个区:区结构最大长约208m,最大宽约154m,区结构最大长约170m,最大宽约80m。地下室局部为6级防空地下室。人防区底板厚0.8m,侧墙厚0.5m,顶板厚0.25m;非人防区底板

2、厚0.6m,侧墙厚0.4m,顶板厚0.2m。主楼筏板厚度分离为1.5m、2.0m。地下室混凝土设计强度等级为C35,混凝土抗渗等级为S8。根据设计规范,本工程地下室结构属于超长大面积混凝土结构工程,所以针对本工程实际状况,实行了多种技术措施来防止因为结构超长引起的裂缝。 二、超长混凝土结构无缝设计要点 结构温度、收缩应力是因为结构变形受约束而产生的。在理论上只要材料的强度不小于最大约束应力,则随意长度结构不设伸缩缝亦不会开裂。因为混凝土材料的抗拉强度很低,韧性差,以及在结硬过程中产生收缩,理论和实践均证实,若不实行措施,难以满意混凝土规范对结构裂缝的要求。因此,为防止消失上述状况,该超长地下室

3、结构设计实行以下措施防止因为结构超长引起的裂缝。 1.设置后浇带 (1)间距。结合建造物长度、气候环境特点综合考虑,后浇带间距一般控制在3040m左右,因建造缘由无法设置后浇带时,增设膨胀加强带。 (2)位置。小跨梁开间或受力较小的部位,一般设置在梁跨1/3处。平面布置时梁的布置平行于后浇带,以免梁截断太多。视详细状况可沿平面蜿蜒通过。 (3)宽度。综合考虑,本工程后浇带宽度取为800mm。 (4)钢筋。后浇带部位的构件钢筋不截断,且增设不少于原配钢筋20%的附加钢筋, 深化后浇带两侧各1000mm,这样可避开梁钢筋所有截断后造成的钢筋搭、焊接困难。 (5)浇筑时光。为最大限度削减混凝土施工过

4、程的温度及收缩应力,后浇带的保留时光应不少于六个月,且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。 (6)混凝土。采用C40的微膨胀混凝土浇筑(应保证水中养护14天的混凝土限制膨胀率大于等于0.035%)。 (7)断面形式。一般避开留直缝,对于板可留斜缝;对于梁及基础,可留企口缝。 (8)地下室有防水要求,在新老混凝土之间设置钢板止水带,以防止渗漏。 2.设置膨胀加强带 本工程地下室体型复杂,上部结构在地下室内柱网罗列也不匀称,所以部分区域后浇带间距无法保证,为此,在这些区域增设膨胀加强带并结合跳仓法施工。膨胀加强带混凝土采用C40的微膨胀混凝土浇筑(应保证水中养护14天的混凝土限制膨胀率大于等

5、于0.035%),在其两侧架设密孔铁丝网,以防止两侧混凝土流入膨胀加强带,膨胀加强带钢筋增强作法同后浇带。 3.采用低水化热的水泥配置混凝土并适量加入粉煤灰 混凝土内外部温差过大会产生裂缝,主要是由水泥水化热引起的。地下室超长大体积混凝土基础中,混凝土强度级别较高,水泥用量大,因此混凝土在初凝过程中会有大量水化热产生。混凝土是热的不良导体,又因为地下室底板及筏板几何尺寸巨大,这些热量不易准时排出而积聚,导致了其内部温度快速上升(最高时可达7080);相反,在构件表面,则因为散热条件良好,温度保持较低水平。这样就消失了内外温差,这种相对的“内胀外缩”使混凝土表面产生拉应力,当它超过混凝土拉伸极限

6、时,裂缝就产生了。 粉煤灰水泥系在硅酸盐水泥中掺入占水泥分量20%40%的粉煤灰组合而成。其有如下特性:早期强度较低,后期强度增长较快;水化热较小;耐冻性差;耐硫酸盐腐蚀及耐水性较好;抗炭化能力差;抗渗性较好;干缩性较小;抗裂性较好。 抉择粉煤灰水泥在技术上有两点益处:一是削减内部水化热的产生(由于削减了水泥用量);二是削减混凝土的“干缩”量,这样从整体上对裂缝的产生和扩展起到了预防和抑制作用。 4.加大碎石骨料用量 碎石骨料表面粗糙与水泥的胶结良好,同样配比的混凝土其强度较卵石混凝土高,并可降低水化热,收缩变形小,从而裂缝也小。在满意施工泵送要求的状况下,加大碎石骨料用量,降低水泥用量,减小

7、混凝土的水化热,能更好地保证混凝土的质量。 5.降低水灰比 决定设计协作比阶段,实行降低水灰比的措施。实行该措施的目的在于削减用水量,降低混凝土的收缩。同时建议施工单位在混凝土浇筑阶段,采用二次振捣的工艺,即在混凝土初凝前举行二次振捣,避开混凝土因沉降收缩而引起的裂缝。 6.掺加膨胀剂 从广义来看,掺加膨胀剂的混凝土是一种补偿收缩的混凝土,这就要求对混凝土结构的早期收缩裂缝要举行控制,其思路为“以抗为主”的原则,利用补偿收缩混凝土在硬化过程产生的膨胀作用,在结构中产生少量预压应力用来补偿混凝土在硬化过程中产生的温度和收缩拉应力,从而防止收缩裂缝或把裂缝控制在无害裂缝范围内。 本工程地下室全部混

8、凝土均添加UEA-H 高抗裂膨胀剂,并要求保证水中养护14天的混凝土限制膨胀率大于等于0.025%。膨胀剂通过水化反应,使混凝土产生适量膨胀,在钢筋和邻位的限制下,在混凝土中建立0.30.5MPa的预压应力,可大致抵消混凝土干缩及温度收缩时产生的拉应力,防止混凝土开裂。同时膨胀剂水化时生成的膨胀结晶使混凝土的抗渗能力大大提高,从而实现混凝土结构抗裂与抗渗的目的,提高了结构的整体抗裂性能和抗渗标号。 7.设水平暗梁 因为墙体受施工和环境温度、湿度等因素影响较大,简单消失竖向收缩裂缝,混凝土强度等级越高,开裂几率越大。本工程设计时在计算满意的前提下适当提高了墙体的水平钢筋配筋率,水平钢筋的间距小于

9、等于150mm,即实行细而密的配筋原则。因为墙体受底板或顶板的约束较大,混凝土胀缩不全都,所以设计图纸中在墙体中部及端部各设一道水平暗梁,用来控制墙体有害裂缝的消失。 8.增设构造钢筋 因为墙与柱的配筋率相差较大,混凝土胀缩变形与限制条件有关,又因为应力集中缘由,在离柱子12m的墙体上易消失竖向收缩裂缝。设计要求在墙柱衔接处设水平附加筋,附加筋的长度为2000mm,插入柱子中200mm,插入墙体中1800mm,该处配筋率相应提高10%15%。这样,有利于凝聚墙柱间的应力集中,避开竖向裂缝的消失。 9.加强混凝土养护 掺UEA-H混凝土的养护是保证工程质量的最重要的措施之一,要派专人负责养护工作,混凝土终凝后2小时即开头养护,养护期不少于14天。 (1)地下室混凝土实行蓄水养护;楼板混凝土板表面务必掩盖二层草袋,并以天天浇水23次方式养护,或实行蓄水10cm深的方式养护。养护期内应保持混凝土内外温差不大于25。 (2)墙体养护一般可以延伸模板的拆除时光35天,然后再派专人浇水养护。 三、结语 超长大面积混凝土务必严格按有关技术规范要求组织施工,分区灌溉为好。本工程施工时,本地的商品混凝土搅拌站还无法做限制膨胀率实验(该实验是在上海完成),所以应对与施工过程中监理如何控制混凝土限