超长建筑及地下室结构设计要点

超长建筑及地下室结构设计要点

【提要】： 本文对超长建筑结构在砼正常使用情况下的收缩和温度应变进行了

计算分析；对超长建筑地下室后浇带或设缝间距和砼正常使用情况

下的应力进行分析计算，为设计提供较简洁的分析方法。并结合工

程设计实际经验，例举了应用砼膨胀剂等外加剂获得超长建筑无缝

设计成功的案例，总结了超长结构设计应注意的设计要点；对砼后

浇带、膨胀加强带的措施进行了归纳。

【关键词】 超长建筑、超长地下室、结构计算、无缝设计、设计要点

一、引言

为了解决这个问题，上个世纪90 年代中期开始各大设计研究机构进行了多种研究和尝试

并取得了较多的成功，各项措施应用取得较满意的效果。为了便于推广,我在此作一些归纳总结。

二、结构计算与分析

由于砼并非是一种理想的均质材料,所以砼的收缩的因素是很多的,主要有砼自身材料强度与

含钢量、施工及养护条件、使用情况与环境等有关，假设砼建筑长度为149m, 普通砼的极限收

缩率庠(1～1.5X10-4),计算如下：

L1=ß1=149x103x (1-1.5)x10-4=14.90～22.35mm

=Es.2t.u=2x105x5.4x10-4x0.03%=0.324mpa

在温度0～100℃范围内时砼线膨胀系数=1x10-5,△t=30℃时，

L2=149x10.3x30x1x10-5=44.70mm

L=L1±L2=22.35～67.05mm

看来在超长砼结构在开始时的砼收缩和温度应变都是很大的,当然如果考虑砼收缩的非线性和温 度的内外梯度变化，总收缩量可以打一定的折扣，但对一般的建筑而言还是无法克服的，所以

必须采取措施来弥补砼的收缩和温度应力。

近年来砼进步的一大标志是外加剂的发展，特别是膨胀剂的广泛采用，使超长结构设计变成可 能，接下来进行一些理论计算,在采用添加膨胀剂后，砼膨胀量在期龄 14 天时。

L==149x103x46x10-4=68.54mm

在空气中期龄28 天时，=2.4x10-4

L=149x103x2.4x10-4=35.76mm 基本满足要求

根据以上初步计算可以看出加入膨胀剂等外加剂，可以补偿砼收缩和温度应力引起的应变，或 者让砼产生膨胀应力缓解和克服砼收缩及徐变和温度应力引起收缩。

根据《工程结构裂缝控制》〔1〕和《超长地下室砼结构裂缝控制设计》〔2〕中的计算公式进 行地下室砼内应力计算和设置缝后浇带(或缝）的长度计算可得：

H——底板或墙的计算厚度或高度；

E(t)——时间t(d)时砼的弹性模量；

2(t)=r'2(t)—实验测得的微膨胀砼限制膨涨胀率,r 为系数；

Cx——地基水平阻力系数,风化岩低强度等级,素砼取60～100x10-2N/mm3；

Tmax=T'*K1*K2*K3*K4=36x1.13x1.2x1.3x1.0 =63.46

其中525 水泥k1=1.13,

普通硅酸盐水泥取k2=1.2,

水泥用量修正系数k3=W/275=360/275=1.3,模板修正系数k4=1.0。

2(t)=24x10-5,r=0.9

E(t)=2.15x104N/mm2,=1.0x10-5,

=1.746x10-4,H=500mm,

=1.12x10-4, H(,t)=0.233,

一般侧墙比底板薄,温度差计算很小, Lmax

应比底板大。通过计算可以看到一般地下室设后浇带或缝的间距是40～50 米，如果是桩

基础间距取小值，对天然筏板基础取大值，当然另外还要综合其他因素决定后浇带的间距。

正常使用阶段下的应力计算

2(t)=6x10-5，r=0.9 T=28-4=24℃

侧墙H=300～350,Cx=2x10-2N/mm 2,E(t)=3.0x104;

底板H=500～600，Cx=1x10-2 N/mm 2,E(t)=3.0x104;

=√(Cx/HE(t))=√(0.02/(350x30000))

=4.364x10-5/2=4.364x10-5x149x103/2=3.256

一般底板的温度变化比侧墙要小,假设外界温差为20℃

=√(Cx/HE(t))=√(0.01/(500x30000))

=8.165x10-5 /2=8.165x10-5x149x103/2=6.081

通过计算可以看到只要所得的拉应力(或最大约束应变)≤结构材料的抗拉强度(极限拉伸)就可

以保证结构不会开裂,任意长度的无缝工程也可以实现;一般超长地下室在正常使用阶段是能

够满足要求的。主要还是解决施工阶段的问题；对于上部结构由于温差变化较大，对超长结

构应分别处理；下面结合工程实例进行分析。

三、工程设计要点

1.抗与放的裂缝控制原则

在超长结构工程设计中,根据温度应力与长度非线性关系,应用“抗与放”原则,采用超长结构有条

件地连续浇筑;在许多工作情况下,我们更适合采用“抗放兼施”的方法,使结构既不产生很大的变

位,又不产生很大的应力,确保承载力的极限状态,又满足使用极限状态。这一原则与一方面提高

结构的抗力，另一方面降低外来的作用力原则是一致的；可以看到只要材料的强度超过最大

约束应力R≥螵﹎ax 或结构材料的极限拉伸大于最大约束拉变形濯p≥濯﹎ax 就可以保证结

构不会开裂,任意长度的无缝工程也可以实现;如无缝路面、无缝厂房，无缝设备基础等。

具体地讲：

根据砼的特性，在早期设后浇带（或膨胀带），使砼的早期收缩和应力得到自由的释放，在砼 收缩相对稳定后再用膨胀砼连接起来，同时对于超长结构添加外加剂（膨胀剂、纤维等）改善

砼抗裂性能，增加砼的配筋量等措施，确保结构处于裂缝控制范围内。

2．合理的结构布置和设计

2.1合理的平面和立面设计，平面布置规则整齐,避免截面的突变，立面体形无特变从而减少约 束应力,可采用“抗”的方法进行无缝设计,否则采用“放”的方法即设置伸缩缝；

2.2合理布置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距；在受力、应变大的和变截面处加强分布钢筋；

2.3避免用高强砼，尽可能选用中低强度砼,采用60 天或90 天强度；在砼中掺入8～12%的膨 胀剂(可等量替代胶凝材料),或添加其他有效的外加剂；

2.4采用滑动层来减小基础的约束。

3．施工方面

用保温隔热法对砼进行养护；控制砼的降温速度；用草袋和塑料薄膜进行保温和保湿；用后浇 带减小温度收缩。

4．后浇带设计要点

4.1后浇带的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，或间距