超长地下室温度应力分析与裂缝控制措施

超长地下室温度应力分析与裂缝控制措施超长地下室温度应力分析与裂缝控制措施1. 概况某高层公寓式酒店位于吴江市盛泽镇 ，总占地面积6300平方米，总建筑面积51000平方米。工程划分为A、B两个区，地下2层。地上由2栋30层公寓式酒店及3栋3层商铺裙房组成，地下室底板面标高-8.850米，其中B区地下室长度达到151.2米，宽度52.65米。战时为六级人防地下室，平时作为车库。本工程基础采用钻孔灌注桩，底板为梁板结构。板厚600mm，采用C30混凝土，抗渗等级S8，设后浇带2条，宽度800mm。2. 裂缝产生的机理及其控制措施建筑物的裂缝按其成因可分为两类：一是外荷载引起的裂缝，二是由各种变形引起的裂缝，如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等。实际工程中由于变形引起的裂缝约占80%，对于超长建筑物，温度变化和混凝土收缩的影响十分突出。2.1. 本工程裂缝控制的设计原则混凝土结构受温度或收缩影响而开裂的原因是复杂的，结构长度只是其原因之一。通过对苏州地区地下结构的观察，我们发现若措施不当，即使满足规范伸缩缝间距的要求，同样会出现温度裂缝。混凝土开裂基本上可分为3个活动期：混凝土入槽后，在12d内达到温度峰值，然后根据不同的降温速度逐渐降至周围温度，此间混凝土还进行一部分收缩；往后36个月完成大部分收缩（约60%80%）；至1年左右收缩基本完成。因此可把总温差分为两部分，在第1部分温差经历时，把结构分为许多段，可有效地减小前期的温度应力；在施工后期把许多段连成整体，再继续承受第2部分的温差、收缩及长期使用过程的温度变化。通过对地下室底板混凝土的温度应力分析，计算后浇带施工封堵前后混凝土最大拉应力，两部分的温差及收缩应力小于混凝土抗拉强度，则可以达到不设置永久缝而控制混凝土开裂的目的。由于温差及收缩应力的计算仅是粗略的估算，因而还必须结合工程经验，采取合理的构造措施，才能真正实现对混凝土裂缝的有效控制。2.2. 温度应力分析2.2.1. 第1阶段：后浇带施工封堵前首先计算早期混凝土应力：设计混凝土强度等级为C30，底板厚600mm，水泥采用425号普通硅酸盐水泥。按工程其度可能在夏季施工，吴江夏季气温为3035，必须采取合理的养护措施。根据工程结构裂缝控制（王铁梦著）推荐的温度应力公式，厚度600mm的混凝土底板水化热升温值约为：Tmax=Tk1k2k3k4=6.8*1.0*1.2*1.0*1.0=8.16 按照设计要求的后浇带施工封堵时间，60d的当量温度为：(t)= 0y M1 M2 M3 M10(1-e-0.01t)M110 =1.0,1.13,1.0,1.3,1.0,1.1,1.0,1.0,1.0,0.80y =3.24*10-4y(60)= 3.24*10-4*1.293*(1-e-0.01*60)=1.89*10-4则60d的当量温差：T1=y/=18.9式中：0y标准状态下的收缩，取3.24*10-4 t由浇筑至计算时的天数M110 考虑各种非标准条件的修正系数线膨胀系数桩及土层对结构的约束系数Cx的计算如下：F=(1.8*103)2=3.24*1062E=3.0*104N/2I=6.34*1094F1=2.826*1052H=2EI(Khb/4EI)3/4=1.007*104Cx=1.0*10-2N/2Cx1=CxF1/F=8.72*10-4Cx2=H/F=3.108*10-3Cx=Cx1+Cx2=3.98*10-3式中：F每根桩分担的面积F1桩间土的面积EI桩的抗弯刚度H桩的侧向刚度浇筑后浇带时的混凝土温度应力约为：60=-ET1-1/ch(L/2)H(t,)=(Cx/HE)=3.63*10-660=0.21*0.186=0.04Mpa式中：H(t,)应力松弛系数因此，若采取适当的混凝土养护措施，则在浇筑前温度应力是远小于混凝土的抗拉强度的。2.2.2. 第2阶段：后浇带施工封堵后后浇带浇筑后底板的温度应力验算，从夏季到冬季的当量温度差为T2,即：y(120)= 0y(1-e-0.01*120)=2.665*10-4Ty(120)= y(120)/（1*10-5)=26.65T2=26.65-18.9=7.75由于地下室底板、侧板与土接触，温差变化较小，按1517计，则：120=-ET1-1/ch(L/2)H(t,)1.644MPa近似叠加封堵前的应力：max=0.04+1.644=1.684 MPa经过上述估算，两部分的温差及收缩应力小于混凝土抗拉强度，满足混凝土不开裂的要求。2.3. 构造措施由于混凝土材料的非均匀性及各种参数的近似性，仅依靠计算是远远不足的，还必须结合可靠的构造措施。2.3.1. 钢筋对裂缝的控制虽然目前在理论研究领域对钢筋是否能提高混凝土抗拉强度仍存在不同的看法，但根据以往的工程经验，大致相同的部位的开裂往往出现在钢筋加密区之外，由此适当提高配筋率能有效地控制温度和收缩引起的开裂。本工程针对该问题主要采取以下措施：1) 在侧板和底板中放置冷轧带肋钢筋网片8150；2) 沿地下室纵向布置贯通梁，并加强纵筋和腰筋的配置；3) 根据细而密的原则布置板筋，间距=100mm，并适当提高配筋率，长向单侧配筋率为0.4%。2.3.2. 开裂部位的加强措施由于地下室底板、侧板、顶板的浇筑时间不同，外部环境也不同，顶板受到核心筒体等竖向构件的约束较强等原因，往往在侧墙顶部出现裂缝。针对该问题，在侧墙顶部及底部采取加密钢筋的措施。2.3.3. 施工和养护按照施工组织设计规定的浇筑路线有序地分层浇筑、适度振捣，特殊部位可采用二次振捣以消除塑性沉缩裂缝和表面缺陷。做好早期温度养护，必要时进行蓄热养护，拆模后的保湿养护应采用“小水慢淋”或涂刷养护剂的方式进行。加快地下结构的回填，减少混凝土墙体在大气中的暴露时间。3. 总结理论及工程实践表明，导致混凝土开裂的原因有很多，尤其是大体积超长混凝土结构、设计、施工、材料等任意一个环节处理不当都可引起裂缝。随着高层和超高层建筑越来越多，混凝土强度等级越来越高，水泥用量大、水泥浆含量偏高，导致混凝土化热温升过高，成为结构开裂的一大诱因。