钢筋混凝土地下室超长结构无缝设计

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摘要：近年，随着我国社会经济的迅速发展，建筑工程项目也逐渐增多，超长结构在各种建筑结构中得到可广泛的应用，基于建筑高洁净以及防微振等要求，这种超长结构无缝设计也逐渐成为了工程项目建设急需解决的一个问题。本文笔者就钢筋混凝土地下室超长结构无缝设计进行探讨。

关键词：钢筋混凝土；地下室；超长结构；无缝设计

中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号：

引言

超长建筑物由于混凝土材料自身的抗拉强度较低，其抗压强度较高，在没有受到约束的情况下，就会出现收缩不开裂与膨胀开裂的现象，这些现象会对结构引起各种各样的裂缝问题。如果通过采取变形缝的设置往往会对结构的耐久性、密封性、变形跟踪性、施工性等带来各种问题并使结构存在缺陷和隐患，而无缝设计能够解决结构扭转破坏效应、设备管线布置困难等问题。针对无缝设计的优越性这些问题，以下就钢筋混凝土地下室超长结构无缝设计的相关技术进行探讨。

1. 工程概况

本工程为3.7m的地下车库，车库顶部存在1m厚的覆盖土层，本结构采用钢筋混凝土板柱结构，长为7.8m柱距，宽为6×7.8×6m的柱距，本车库为超长地下结构，总长为173m，已经不满足设置伸缩缝的规范要求，因此经过综合的考虑，最终采用无缝设计理念。

2. 温度变化引起的构件内力

本工程为对称结构，显然在温度作用下，其平衡不动点位于结构的对称轴处。在温度内力分析时，本文抽取一榀纵向典型框架。本工程采用425号普通硅酸盐水泥，水化热取为240kJ/kg，结构散热影响系数取为0.3，计算出混凝土的水化热温升=18℃。

受温度变化的影响，框架结构的柱顶会产生位移，采用公式:

= α(+) l（1）

其中：表示柱顶位置由温度变化所引起的侧向位移，单位为mm；α表示混凝土线膨胀系数，按规定其大小可取为1.0 ×，单位为/℃；表示周围环境的平均温差，单位为℃；l表示纵向构件之间的距离，单位为mm，当在进行框架或排架计算时，对于平面外的纵梁，l通常取为柱距的大小。

本工程主体结构柱距为7.8m，采用C30钢筋混凝土柱，截面为600mm×600mm，当地气温平均值=20℃，水化热=18℃，总的温差+=38℃，由公式（1）计算可得=2.96mm。根据节点位移，计算出底层及二层的柱剪力；此时，横梁的轴力也相应得知。梁柱弯矩采用根据力矩分配法计算。通过计算结果表明，在柱刚度较接近的情况下，外侧的柱剪力及弯矩一般大于内侧，而横梁则在平衡不动点处轴力达到最大，往外依次减小。因此对于地下室无缝设计时应当针对不同部位的不同构件采取特别对待，采取合适的加强措施。

3. 设计过程中关于利用膨胀剂补偿混凝土收缩的相关问题

3.1 膨胀混凝土补偿收缩的原理

膨胀混凝土中加入膨胀剂之后，在硬化的过程中，膨胀剂在一系列化学反应之后体积会出现膨胀，而有周边结构约束的混凝土在膨胀剂的作用下会产生0.2～0.7MPa的预压应力，这产生的预压应力可以用来抵消混凝土收缩时产生的受拉应力，从而避免由于混凝土的收缩而产生裂缝，并且能够补偿收缩和充分填充水泥间隙，因此混凝土的抗裂性能在一定程度上得到了提高。

各种膨胀剂的基本补偿收缩原理都相同，本工程用到了UEA膨胀剂。UEA是以硫酸铝、氧化铝、硫酸铝钾等共同粉磨而成的膨胀剂，在无缝设计工程中被广泛的使用。在水泥中膨胀剂将与氢氧化钾产生化学反应生成可膨胀的钙矾石，混凝土的体积会随着钙矾石的膨胀而出现一定的增大。加入UEA膨胀剂的混凝土应在保水条件下进行养护，其体积的膨胀发生时间为14天，14天后体积的增长将趋于稳定。掺UEA混凝土长期的性能与普通混凝土类似，在耐酸碱性、耐碳化性和耐久性等方面比普通混凝土有一定的提高。

在进行钢筋混凝土地下室超长结构无缝设计时，结构收缩应力最大的地方往往是结构中最薄弱的部位，此时应在薄弱部位灌注加入大量UEA膨胀剂的混凝土以形成补偿收缩的膨胀带。膨胀带确定之后还应在其两边浇灌加入少量UEA的混凝土，它的作用是通过施加小的膨胀应力以限制混凝土的收缩变形，避免裂缝的发生。

3.2 膨胀混凝土自压应力的计算

在钢筋混凝土中，混凝土和钢筋起着互相约束限制的作用，在混凝土发生膨胀时，钢筋会随之产生受拉作用，而混凝土将会受压。由平衡关系可建立混凝土的自由应力公式：

σc =εs/（2）

其中：σc表示混凝土的自压应力，单位为N/；表示钢筋的截面面积，单位为；表示钢筋的弹性模量，按规定通常取2.0 × N/；εs表示钢筋的伸长率；表示混凝土的截面面积。

3.3 膨胀混凝土的应用措施

在钢筋混凝土地下室超长结构无缝设计中，应用膨胀混凝土时应采取一定的措施。本工程中在主体结构的两个方向分别设置了多条后浇缝和加强带，后浇缝为0.8m宽，加强带为0.2m宽。在浇筑主体结构的同时应进行加强带的施工，位于地下车库分段部位的后浇带，应采取保温隔热的措施，保证将温度的影响降低到最小，后浇带的施工回填应迅速进行。

本工程所采用的无缝设计的重点在于掺入适量UEA膨胀剂的混凝土，膨胀剂会在混凝土中产生一定的预应力，用于抵消混凝土收缩造成的拉应力。

4. 补偿收缩的构造钢筋的配置

4.1 计算温度构造钢筋

补偿收缩的构造钢筋面积的计算公式如下：

=σc/εs（3）

其中各符号的表示含义与公式（2）中的相同。由此公式所计算得到的钢筋面积是用来补偿由于混凝土的温度变化所增加的应力。

经计算本工程柱顶需设通长纵向凝土梁，截面为300mm×600mm，取膨胀混凝土自压应力σc=0.5 N/，钢筋伸长量εs=α(+)=3.8×，根据公式（3）计算可得因温度变化而必须增加的梁中构造配筋面积=1184，取420。

4.2 相应的构造措施

本工程中水平构件在进行配筋时应增加温度筋，经过计算其配筋面积大约为构件理论配筋的15%～20%，一些部位的钢筋应完全按照上式计算结果进行温度配筋。为了使裂缝控制主要截面上的平均压力满足大于1.5MPa的要求，本工程进行科学合理的分析之后，采取的相应措施是在主体结构的长度方向配置一定量的无粘结预应力筋；尽量减少在构件中开凿洞口，以避免洞口预应力集中所造成的开裂现象。

同时在钢筋混凝土墙体中为了能够有序地控制收缩裂缝的产生，可以在墙体内布置凸条或插片，该物件能够在截面处产生凹槽，收缩裂缝通常会出现在凹槽等薄弱部位，这样就防止了裂缝的无序出现。控制缝的设置部位一般分布在柱或墙处，各控制缝的间距通常小于12m，同时应做好防水防渗措施。

5. 结束语

通过本工程和相类似工程的具体实践表明：

（1）超长地下室在温度作用下会产生不能忽略的温度内力；采取合理的设计计算和构造措施,可以有效地控制超长结构的温度、收缩应力,实现大型地下室结构的无缝设计。

（2）超长地下室结构设计时应当采取抗放结合，灵活应用砼后浇带和膨胀加强带，设计出无缝地下室超长结构。

（3）膨胀加强带应设置在砼收缩应力发生的最大部位，一般设于长度方向的中间位置，间距采取40～50m。

地下建筑超长结构无缝设计是一项复杂而综合的工程，研究人员和设计人员应担负起各自的责任，任重而道远，希望以上的论述能够对相类似的工程设计起一定的借鉴作用和具有一定的工程价值。

参考文献：

[1 ]GB50010 —2010 混凝土结构设计规范[S] .北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2 ]游宝坤, 超长钢筋混凝土结构无缝设计[J] . 建筑结构，2012（33）：35~38.

[3 ]林宝新，合肥CBD工程超长地下室温度裂缝控制[J] . 建筑科学，2012（31）：17~19.