主-裙楼差异沉降控制策略研究

宋建学，于海宾

主-裙楼差异沉降控制策略研究

宋建学1，于海宾2

(1.郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450001；2.河南省建筑设计研究院有限公司，河南 郑州 450001)

针对筏板基础形式，采用结构力学方法确定主-裙楼差异沉降的控制标准，以主-裙楼差异沉降导致基础底板开裂为临界条件，推导出允许差异沉降计算公式。结合工程实例，验证了公式的适用性。相关成果可对沉降后浇带施工时机确定提供帮助。

土木建筑工程设计；沉降；差异沉降；沉降后浇带

在高层建筑平面设计中，常常需要把主楼与裙房组合布局。由于主楼荷载较大，主-裙楼间会发生较大的差异沉降。目前工程上常通过设置沉降后浇带来减轻和控制因不均匀沉降引起的主、裙楼间结构破坏。对于地下水位较高的工程，在后浇带浇筑后并且达到一定的强度时，基坑才能回填。在此之前，基坑降水不能停止，建筑物内的主要设备无法安装，这不仅给基坑安全带来很大风险，同时也直接影响工程的经济效益[1-2]。因此，研究主、裙楼间的差异沉降控制标准，进而确定沉降后浇带最佳浇筑时机，尽可能地提前浇筑后浇带具有理论和工程意义。

1 主-裙楼差异沉降控制

通常，钢筋混凝土构件是带裂缝工作的。混凝土构件的裂缝控制与环境有关，最大裂缝宽度限值及裂缝控制等级如表1所示。

表1 结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值[3]

工程实践中可根据钢筋混凝土构件所处的环境类别，由表1确定混凝土构件最大裂缝宽度。

高层建筑主-裙楼发生差异沉降时，两侧的基础会发生相对位移，当相对位移较大时会导致基础底板混凝土发生开裂。对于地下水位较高的工程，裂缝过大会使底板渗水，从而影响建筑的使用功能[4]。

本文针对筏板基础形式，以主楼和裙楼之间的差异沉降导致基础底板裂缝限值为控制条件，采用结构力学的方法推导主-裙楼差异沉降控制标准，确定主-裙楼间基础底板能够承受的最大差异沉降Δ。

2 主-裙楼差异沉降计算公式

2.1差异沉降引起的底板弯矩计算

后浇带浇筑后与主楼和裙楼地下室底板连成整体。参照无梁楼盖结构中板的计算模型，把板划分为柱上板带和跨中板带，以计算板内因差异沉降引起的附加弯矩。理论分析中，弯矩在柱上板带和跨中板带上沿横向近似均匀分布[5]，因此计算模型可以把柱端视为固定端，取柱上板带1 m宽的板带作为分析对象，如图1所示。

图1 底板计算模型

根据结构力学位移法，当发生沉降差异Δ时，板端弯矩为：

(1)

式中：L-主楼和裙楼柱间中心距；B-板带的刚度。

2.2允许差异沉降计算公式

钢筋混凝土受弯构件中，考虑长期荷载作用的最大裂缝宽度可按式(2)计算：

(2)

(3)

式中：σs—钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力。

底板混凝土发生最大限值裂缝宽度时，板端弯矩可由公式(4)确定：

(4)

由式(1)～(4)可得出差异沉降公式：

(5)

式中：B—考虑荷载长期作用影响的混凝土构件刚度，由式(6)确定：

(6)

Bs—钢筋混凝土受弯构件的短期刚度，按下式进行计算：

(7)

式中：αE—钢筋与混凝土弹性模量的比值。

联立以上各式可推导出最大差异沉降公式为：

(8)

3 算例

将上述计算参数代入式(8)，可得出主-裙楼最大沉降差异为：Δ=10.6 mm，约为主楼与裙楼柱间中心矩的1/1 000。

综上所述，当本工程主-裙楼间的差异沉降控制在Δ=10.6 mm内时，基础底板因主-裙楼不均匀沉降产生的裂缝不超过限值，不影响建筑的使用功能。这一结论可为后浇带的施工决策提供依据[6]。

4 结论

(1)根据建筑基础底板混凝土裂缝控制标准可以推导出主-裙楼允许差异沉降计算公式。

(2)主-裙楼设计阶段，只要计算确定的主-裙楼差异沉降量差小于“允许差异沉降”，可不设沉降后浇带。

(3)当计算确定的主-裙楼最终沉降差大于“允许沉降差”且设有沉降后浇带时，施工过程中可根据主、裙楼沉降发展趋势，当可预测主-裙楼“后期”差异沉降小于允许差异沉降时，即可浇筑沉降后浇带。

[1] 张保良，张鹏飞．带裙房高层建筑的沉降缝设置探讨[J]．建筑结构，1996(6)：21-26．

[2] 陈祥福，邵伟，薛庆峰，等．高层建筑与裙房间无沉降缝设计与工程实例[J]．地下空间与工程学报，2010，6(4)：815-820．

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范：GB 50010-2010[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010．

[4] 胡佳泉.黄山市天都小区住宅基础沉降缝的处理[J]．建筑结构，2006(10)：31．

[5] 何广乾．具有多层地下室的高层建筑在上部较大差异荷载下可不设沉降缝的实例和趋向分析[J]．建筑科学，2002，18(3)：3-5．

[6] 于海宾．高层建筑桩筏基础沉降后浇带浇筑时机研究[D]．郑州：郑州大学，2015．

Controlstrategyfordifferentialsettlementbetweenmainstructureandsurroundaffiliatedbuildings

SONG Jian-xue1,YU Hai-bin2

(1.SchoolofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China; 2.HenanInstituteofArchitecturalDesign,Co.Ltd.,Zhengzhou450001,China)

According to the form of raft foundation,the control standard of difference drop of main-surround affiliated building is determined by structural mechanics method,and the calculation formula of allowable differential settlement is deduced by the difference settlement of main-skirt building which leads to the cracking of base floor.The applicability of the formula is verified with the example project.The related results can be helpful to determine the time of construction of the pouring belt after settlement.

civil engineering design; sedimentation; differential settlement; post cast joint for settlement controlling

2017-04-15

郑州市科技领军人才计划项目(112PLJRC353)

宋建学(1967—)，男，河南洛阳人，博士，教授，硕士生导师。

1674-7046(2017)03-0016-03

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.03.004

TU198

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