超长超宽地下室结构设计探析

■黄长沙 ■福建西海岸建筑设计院，福建 福州 350000

近年来，超长超宽地下室结构已经得到越来越广泛应用，在进行设计时需要重点考虑地下室超长给结构带来的不利影响，尤其要注意防止因为“超长”而使结构出现较大较多的裂缝，影响结构的耐久性甚至安全性。

1 超长地下室结构混凝土的裂缝成因及影响因素

(1)由荷载的直接应力和结构次应力引起的裂缝。这部分裂缝所占比例较小。

(2)结构因温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝。超长超宽地下室的上部往往有多个层数、平面布置及结构形式不同的塔楼，由此可引起基础的不均匀沉降而使结构产生裂缝。此外因为结构“超长”使混凝土温度裂缝及收缩裂缝有加剧的趋势。裂缝的发生与原材料、设计、施工及使用维护等多方面因素有关，现分析如下:①材料因素。混凝土是由各种具有不同自身性质的成分材料按照一定比例拌制而成的，并非是一种理想的均质材料，其自身缺陷对混凝土开裂的影响将是必然的。例如:混凝土硬化期间水泥释放出大量水化热，引起混凝土温度上升。由于混凝土表面散热条件较好，热量容易释放，温度上升较少;而混凝土内部由于散热条件较差，使温度上升较多而形成约束，其结果使得混凝土面层产生拉应力。当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生了温度裂缝。除此之外，混凝土结硬产生的干缩裂缝、混凝土终凝之前产生的塑性收缩裂缝等都是缘于混凝土自身材料因素的影响。②设计因素。现行结构设计规范中对结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝控制宽度限值进行了明确规定，说明在保证结构安全和满足使用要求的前提下，很多结构构件是可以带裂缝工作的。即设计本身并没有考虑从根本上避免结构在使用阶段裂缝的产生。而超长地下室通常布置较为复杂，造成结构平面布置不合理，进而出现应力集中等不利情况，造成结构开裂。

2 超长地下室结构混凝土的裂缝控制原则

对于超长结构的裂缝控制多采用“抗”与“放”相结合的原则。“放”即减除约束，以设置永久性伸缩缝或设置后浇带等方法，将超长的现浇混凝土结构分割成若干块较规整的平面，以释放大部分变形，减少约束应力。“抗”的方法是采取有效措施提高结构抗力，减少混凝土收缩，提高混凝土的抗拉强度。将“放”与“抗”相结合可以使结构既不产生很大的变位，又不产生很大的应力，确保了承载力极限状态，也满足正常使用状态，将裂缝控制在规定范围内。

3 工程实例

某小区，由5幢18～26层高层，6幢多层，建筑面积约10万平方米，一层结合的大底盘地下室，建筑面积约为2万平方米，地下室长达300米。

3．1 第一方案的设计理由及措施

为解决地下室顶板长度太长，避免收缩变形造成地下室结构破坏的问题，在(D-22)轴和(D-37)轴附近增设两道变形缝，此两道变形缝均在主体塔楼结构之外，并从地下室基础至顶板完全断开，综合伸缩缝、沉降缝和抗震缝的功能，把一个大地下室划分成为3个尺寸相对较小的、平面较为简单的地下室，其最大地下室长度方向最大尺寸约为164米。如此划分以后，使单个地下室顶板不同高差板面太多的问题得到简化，顶板面标高由原来的6种减小为4种;也使施工过程宜于分段，方便不同施工单位合作施工。但是由于地下室分缝产生的不利影响是防水问题，变形缝处是防水的薄弱环节，拟采用如下防水措施予以弥补:(1)结施墙板梁的缝隙中嵌入防水材料。(2)设置橡胶止水带。(3)在缝隙迎水面增设补偿卷材防水层。(4)在缝隙迎水面设置防水层的保护层。(5)在缝隙附近增设排水沟和集水井，方便维修排水。变形缝处施工难度增加，维护费用增加。柔性防水的使用年限较短，可靠性差，需要经常予以维护。当结构变形相对较大时更是如此。

3．2 第二方案的设计理由及措施

(1)在(D-22)轴处宜设伸缩缝，但底板可以连在一起;(2)地下室顶板应覆土800～1000mm，并做好顶板和侧板的防水，顶板宜采用柔性防水层;(3)对施工后浇带应作进一步优化，使后浇带设置比较规则，方便施工;(4)单层地下室侧壁和顶板宜采用C30混凝土，并严格控制水灰比，可以考虑掺入微膨胀剂或聚丙烯纤维等外加剂;(5)必要时可在外墙设水平布置的无粘结预应力钢绞索，防止侧板开裂;(6)单层地下室侧壁和顶板的施工应根据不同气候条件采取相应的技术措施。

最终设计采用仅在(D-40)轴与(D-41)轴间设置一道伸缩缝，将地下室分为1#(左侧)地下室和2#(右侧)地下室两部分，两地下室在中间车道处局部连通。1#地下室长约164m，宽约110m;2#地下室长约127m，宽约105m，仍然超长超宽，抗裂及变形缝处的防水处理成为设计的重点。首先基础采用钻孔灌注桩，以卵石层为桩端持力层，桩长约70m，桩径600～800mm。采用桩基础使上部塔楼与纯地下室沉降差异及沉降变形量都较小，并且在塔楼与地下室连接处设置了沉降后浇带，以减小因沉降差异引起的结构裂缝。其次为解决施工期间的混凝土自收缩设置了伸缩后浇带。地下室内部在使用阶段受温度变化影响较小，需解决的主要问题是混凝土收缩应力对结构的不利影响。沉降及伸缩后浇带一般设置在结构受力较小处，一般在梁、板跨度内的1/3处，且注意竖向对齐、平面规整，方便施工。后浇带应采用填充用膨胀混凝土浇筑，其强度等级比两侧混凝土提高一级且≥C30，浇筑时温度宜低于两侧混凝土浇筑时的温度。为更好消除约束力的积聚，后浇带中钢筋采取梁底筋腰筋不断开，面筋隔一断一(角筋不断开);板底筋隔一断一，面筋全部断开;墙筋全部断开的措施，断开钢筋采用搭接，搭接长度控制为1．6la。

4 结束语

超长超宽地下室的结构设计涉及许多内容，是一门综合性很强的工作，而且有许多问题还没有得到完善的解决，需要人们在实践中不断积累经验，并且借助国外成功的例子对现有的设计方法进行优化。另外，对于平面尺寸过大的地下室的设计要根据具体情况遵循“抗”与“放”结合的原则，分析主要因素，采取有效的方法和措施，并在实践中不断积累经验，总结得失，提高设计水平。

［1］中国人民共和国建设部．GB50010-2010《混凝土结构设计规范》．北京:中国建筑工业出版社，2002．

［2］杨嗣信．高层建筑施工手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2001．

［3］王铁梦．工程结构裂缝控制［M］．北京:中国建筑工业出版社，1997．