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摘要：分析抚顺恒大广场超长地下室混凝土结构的温度应力,通过合理设置后浇带和诱导缝等构造措施，减少混凝土结构中温度应力带来的影响，实现地下室结构的无缝设计。
关键词：超长地下室 无缝设计 温度应力 诱导缝
中图分类号：TU113.5+47文献标识码： A 文章编号：
1.引言
近几年，我国各种大型商业建筑的建设得到了快速发展，建筑师以及建设单位对不设缝的混凝土结构的长度要求越来越高。设置变形缝要求缝两侧的结构完全独立，不仅给使用造成诸多不便，也加大了地下室防水的难度，因此大部分建筑地下室均不设置变形缝，而是通过其它途径解决地下室超长以及主楼、裙楼间不均匀沉降的问题，一般称之为“无缝设计”。
2.工程概况
抚顺恒大广场位于抚顺市顺城区，总规模约65万m2，项目分两期建设。其中一期为购物中心，建筑面积约39.5万m2。该部分以南北贯穿的三层高精品步行街为纽带串联娱乐楼、百货两个主力店单体，在娱乐楼和百货楼上各建有一栋99.45米的SOHO公寓；在步行街上建有八栋98.1米的办公楼。
购物中心地下2层，主要为停车库、设备用房及大型地下超市。地下室建筑面積约7.7万m2，南北长291m，东西宽145m。地下室长度超过了辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程DB21/T1745-2009》规定的不设永久变形缝的地下混凝土结构适用的最大长度为150米。
3.计算假定
为方便设计，对地下室温度作用计算时的一些技术问题作如下简化约定：
（1）由于地下室平面的长、宽尺寸均远大于地下室层高，因此在地下室底板、顶板及室内空气温度等热传导问题计算时，把地下室视为由多层介质组成的一维热传导问题，忽略四周土体在热传导过程中的影响；
（2）由于地下土中的温度场相对稳定，因此地下室自身的温度变形变化量较小，与此同时，地下室四周土的回填一般难以密实，土体对结构变形的约束力难以保证，因此在地下室温度作用计算时，忽略四周土体的约束作用。
4．温度荷载取值
混凝土的收缩和温差变化都会使结构在平面内产生不可忽视的变形, 因此在分析结构的温度应力时不但要考虑温差的影响, 还要考虑混凝土收缩的影响。通常的做法是将混凝土收缩换算成等效温差, 与结构的温度变化叠加得到计算温差, 然后按计算温差对结构进行温度应力分析。
4.1 混凝土收缩等效温差
影响混凝土收缩量的因素很多, 如水泥种类、水泥标号、水泥细度、骨料的物理性质、水灰比、养护条件、外加剂性质等。参考王铁梦《工程结构裂缝控制》， 在标准状态下混凝土的最终收缩量(极限收缩) 为ε0y (∞) = 3.24*10-4, 一般情况下混凝土的极限应变可达(3～6)*10-4, 泵送混凝土的收缩变形约为(6～8) *10-4。
混凝土的收缩是一种随时间而增长的变形, 结硬初期发展较快, 两周内可完成全部收缩的1/4, 一个月约可完成1/2, 两个月完成60%～80%, 以后增长缓慢, 一般两年后趋于稳定。
本工程在长宽方向均设置后浇带, 后浇带间距为30～40米。在后浇带未浇筑之前, 超长板可视为一接近自由变形的构件。因此, 设计规定后浇带应在两个月以后浇筑,此时混凝土的收缩变形已完成60%～80%，只有一小部分残余应变会在结构中产生拉应力。同时考虑到混凝土的徐变特性, 徐变总是利用变形使构件中所受的力朝着数值较小的方向发展, 有利于结构的内力重分布。
在本工程中可以认为, 采取了设置后浇带、采用补偿收缩混凝土等措施后, 混凝土的收缩应力变得很小, 对结构的影响也变得很小,在分析中应主要考虑结构温度变化引起的温度应力。
4.2结构温度变化
对于混凝土构件来说,存在升温和降温两种情况。在升温过程中,混凝土受热膨胀,由于受到约束作用,构件中会产生压应力；在降温过程中,混凝土遇冷收缩,在构件中会产生拉应力。由于混凝土的抗压强度远大于抗拉强度, 因此只有降温过程中在构件中产生的拉应力才会使混凝土开裂。
分析时主要考虑的是结构的季节温差, 即后浇带混凝土浇筑时到温度最低点时结构的温差。由于在工程设计时,无法准确确定工程进度, 且围护结构的保温特性和空调等因素对结构的季节温差也有一定的影响, 因此, 要准确确定构件的季节温差是比较困难的。在设计中一般采用估算,基本上可以满足计算精度的要求。
本工程参考以往沈阳、抚顺地区类似工程设计经验, 并考虑混凝土徐变效应的影响, 取季节温差-39℃。
5. 温度应力作用计算分析
采用PMSAP有限元程序，按照结构情况和边界约束条件建模进行温度应力计算。计算结果显示地下二层顶楼板x方向(长方向)大部分的拉应力集中在4MPa～9.5MPa, 应力分布表现为两端小,中间大,特别是在剪力墙附近,由于板在此处的变形几乎完全得不到释放,因此应力最大。其次,在剪力墙拐角处,由于应力集中的原因,拉应力也比较大;两端由于约束小,变形比较充分,压力较小。
地下二层顶楼板y方向(短方向) 的大部分的拉应力集中在5MPa左右,其应力分布规律与x方向基本相同。
地下一层顶板x、y 方向应力分布规律与地下二层顶板基本相同, 但是数值上有较大差异。地下一层顶板x方向拉应力大部分在1MPa～6MPa,y方向拉应力大部分在3.5MPa左右。由结构的整体变形图而可以了解到地下二层顶板受到的约束较大, 而地下一层顶板受到的约束较小,反映到应力分布上就表现为地下二层顶板的拉应力较大, 而地下一层顶板的拉应力较小。
6.地下室无缝设计措施
针对地下室超长采用无缝设计的措施包括：
(1)底板、侧墙、梁板采用补偿收缩混凝土，底板混凝土的强度设计等级采用60天龄期的强度。
(2)按照间距为30～40米设置后浇带。后浇带混凝土的施工应在主体结构混凝土浇注60d后进行，强度比两侧混凝土高一级，采用补偿收缩混凝土。
(3)采取保温隔热、保水养护、延长养护期等减小湿度变化或混凝土收缩的有效措施；
(4)结合后浇带的布置，按照间距小于100米设置诱导缝，使裂缝集中在诱导缝处出现，以大幅度减少裂缝的数量，便于后期的堵漏处理。诱导缝节点作法见图1、图2。
图1 地下室外墙诱导缝详
图2 地下室顶板诱导缝详图
(5)地下室外墙墙体高度的水平中线上下共500mm高范围内，水平筋的间距小于100mm；
(6)墙与柱、墙与墙的连接部位增设直径8mm的水平附加钢筋，伸入墙内1500mm；
(7)梁两侧腰筋的间距小于200mm，每侧腰筋的截面面积大于梁宽与腹板高度乘积的0.15%；
(8)楼板采用大板形式，板厚200mm，楼板单面钢筋的配筋率大于0.25%；
8.结语
如何控制超长混凝土结构的裂缝，尤其是超长地下室结构，一直是设计面临的一个难题。本文结合抚顺恒大广场超长地下室的结构设计，采用了合理设置后浇带、采用补偿收缩混凝土、设置诱导缝等措施进行无缝设计，希望本工程的设计能对将来类似工程提供一些有益的参考。
参考文献
1. 赵顺增 游宝坤 《补偿收缩混凝土裂渗控制技术及其应用》 中国建筑工业出版社
2. 樊小卿 吴 为 《武汉国际会展中心的温度作用设计》建筑结构 2002年第1期9-12页 第32卷
3. 辽宁省住房和城乡建设厅 辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程DB21/T1745-2009》
关键词：超长地下室 无缝设计 温度应力 诱导缝
中图分类号：TU113.5+47文献标识码： A 文章编号：
1.引言
近几年，我国各种大型商业建筑的建设得到了快速发展，建筑师以及建设单位对不设缝的混凝土结构的长度要求越来越高。设置变形缝要求缝两侧的结构完全独立，不仅给使用造成诸多不便，也加大了地下室防水的难度，因此大部分建筑地下室均不设置变形缝，而是通过其它途径解决地下室超长以及主楼、裙楼间不均匀沉降的问题，一般称之为“无缝设计”。
2.工程概况
抚顺恒大广场位于抚顺市顺城区，总规模约65万m2，项目分两期建设。其中一期为购物中心，建筑面积约39.5万m2。该部分以南北贯穿的三层高精品步行街为纽带串联娱乐楼、百货两个主力店单体，在娱乐楼和百货楼上各建有一栋99.45米的SOHO公寓；在步行街上建有八栋98.1米的办公楼。
购物中心地下2层，主要为停车库、设备用房及大型地下超市。地下室建筑面積约7.7万m2，南北长291m，东西宽145m。地下室长度超过了辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程DB21/T1745-2009》规定的不设永久变形缝的地下混凝土结构适用的最大长度为150米。
3.计算假定
为方便设计，对地下室温度作用计算时的一些技术问题作如下简化约定：
（1）由于地下室平面的长、宽尺寸均远大于地下室层高，因此在地下室底板、顶板及室内空气温度等热传导问题计算时，把地下室视为由多层介质组成的一维热传导问题，忽略四周土体在热传导过程中的影响；
（2）由于地下土中的温度场相对稳定，因此地下室自身的温度变形变化量较小，与此同时，地下室四周土的回填一般难以密实，土体对结构变形的约束力难以保证，因此在地下室温度作用计算时，忽略四周土体的约束作用。
4．温度荷载取值
混凝土的收缩和温差变化都会使结构在平面内产生不可忽视的变形, 因此在分析结构的温度应力时不但要考虑温差的影响, 还要考虑混凝土收缩的影响。通常的做法是将混凝土收缩换算成等效温差, 与结构的温度变化叠加得到计算温差, 然后按计算温差对结构进行温度应力分析。
4.1 混凝土收缩等效温差
影响混凝土收缩量的因素很多, 如水泥种类、水泥标号、水泥细度、骨料的物理性质、水灰比、养护条件、外加剂性质等。参考王铁梦《工程结构裂缝控制》， 在标准状态下混凝土的最终收缩量(极限收缩) 为ε0y (∞) = 3.24*10-4, 一般情况下混凝土的极限应变可达(3～6)*10-4, 泵送混凝土的收缩变形约为(6～8) *10-4。
混凝土的收缩是一种随时间而增长的变形, 结硬初期发展较快, 两周内可完成全部收缩的1/4, 一个月约可完成1/2, 两个月完成60%～80%, 以后增长缓慢, 一般两年后趋于稳定。
本工程在长宽方向均设置后浇带, 后浇带间距为30～40米。在后浇带未浇筑之前, 超长板可视为一接近自由变形的构件。因此, 设计规定后浇带应在两个月以后浇筑,此时混凝土的收缩变形已完成60%～80%，只有一小部分残余应变会在结构中产生拉应力。同时考虑到混凝土的徐变特性, 徐变总是利用变形使构件中所受的力朝着数值较小的方向发展, 有利于结构的内力重分布。
在本工程中可以认为, 采取了设置后浇带、采用补偿收缩混凝土等措施后, 混凝土的收缩应力变得很小, 对结构的影响也变得很小,在分析中应主要考虑结构温度变化引起的温度应力。
4.2结构温度变化
对于混凝土构件来说,存在升温和降温两种情况。在升温过程中,混凝土受热膨胀,由于受到约束作用,构件中会产生压应力；在降温过程中,混凝土遇冷收缩,在构件中会产生拉应力。由于混凝土的抗压强度远大于抗拉强度, 因此只有降温过程中在构件中产生的拉应力才会使混凝土开裂。
分析时主要考虑的是结构的季节温差, 即后浇带混凝土浇筑时到温度最低点时结构的温差。由于在工程设计时,无法准确确定工程进度, 且围护结构的保温特性和空调等因素对结构的季节温差也有一定的影响, 因此, 要准确确定构件的季节温差是比较困难的。在设计中一般采用估算,基本上可以满足计算精度的要求。
本工程参考以往沈阳、抚顺地区类似工程设计经验, 并考虑混凝土徐变效应的影响, 取季节温差-39℃。
5. 温度应力作用计算分析
采用PMSAP有限元程序，按照结构情况和边界约束条件建模进行温度应力计算。计算结果显示地下二层顶楼板x方向(长方向)大部分的拉应力集中在4MPa～9.5MPa, 应力分布表现为两端小,中间大,特别是在剪力墙附近,由于板在此处的变形几乎完全得不到释放,因此应力最大。其次,在剪力墙拐角处,由于应力集中的原因,拉应力也比较大;两端由于约束小,变形比较充分,压力较小。
地下二层顶楼板y方向(短方向) 的大部分的拉应力集中在5MPa左右,其应力分布规律与x方向基本相同。
地下一层顶板x、y 方向应力分布规律与地下二层顶板基本相同, 但是数值上有较大差异。地下一层顶板x方向拉应力大部分在1MPa～6MPa,y方向拉应力大部分在3.5MPa左右。由结构的整体变形图而可以了解到地下二层顶板受到的约束较大, 而地下一层顶板受到的约束较小,反映到应力分布上就表现为地下二层顶板的拉应力较大, 而地下一层顶板的拉应力较小。
6.地下室无缝设计措施
针对地下室超长采用无缝设计的措施包括：
(1)底板、侧墙、梁板采用补偿收缩混凝土，底板混凝土的强度设计等级采用60天龄期的强度。
(2)按照间距为30～40米设置后浇带。后浇带混凝土的施工应在主体结构混凝土浇注60d后进行，强度比两侧混凝土高一级，采用补偿收缩混凝土。
(3)采取保温隔热、保水养护、延长养护期等减小湿度变化或混凝土收缩的有效措施；
(4)结合后浇带的布置，按照间距小于100米设置诱导缝，使裂缝集中在诱导缝处出现，以大幅度减少裂缝的数量，便于后期的堵漏处理。诱导缝节点作法见图1、图2。
图1 地下室外墙诱导缝详
图2 地下室顶板诱导缝详图
(5)地下室外墙墙体高度的水平中线上下共500mm高范围内，水平筋的间距小于100mm；
(6)墙与柱、墙与墙的连接部位增设直径8mm的水平附加钢筋，伸入墙内1500mm；
(7)梁两侧腰筋的间距小于200mm，每侧腰筋的截面面积大于梁宽与腹板高度乘积的0.15%；
(8)楼板采用大板形式，板厚200mm，楼板单面钢筋的配筋率大于0.25%；
8.结语
如何控制超长混凝土结构的裂缝，尤其是超长地下室结构，一直是设计面临的一个难题。本文结合抚顺恒大广场超长地下室的结构设计，采用了合理设置后浇带、采用补偿收缩混凝土、设置诱导缝等措施进行无缝设计，希望本工程的设计能对将来类似工程提供一些有益的参考。
参考文献
1. 赵顺增 游宝坤 《补偿收缩混凝土裂渗控制技术及其应用》 中国建筑工业出版社
2. 樊小卿 吴 为 《武汉国际会展中心的温度作用设计》建筑结构 2002年第1期9-12页 第32卷
3. 辽宁省住房和城乡建设厅 辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程DB21/T1745-2009》