某金融岛外环纵向街坊路地下空间超长结构设计分析

马昭宇 （华东建筑设计研究院有限公司华东都市建筑设计研究总院，上海 200070）

本项目系郑州某金融中心外环项目纵向街坊路的地下空间层建设，共计16条纵向街坊路地下空间，是整体开发地下空间的组成部分，与外环建筑群的地下空间相结合，形成一个立体组合、整体连通、共享高效的地下空间。连接相邻单体建筑物地块的同时，提供一定停车空间，是功能所属单体建筑物地下空间的一部分。纵向街坊路地下空间各地块长边约84m～111m，短边6.8m～20m。地下4层，埋深18.8m，各层层高分别为地下四层4.02m，地下三层4.8m，地下二层4.0m，地下一层6.03m。

图1 项目用地平面位置

1 结构体系与超长结构分析

1.1 结构设计参数

工程结构设计使用年限为50年，设计耐久年限50年。工程建筑结构的安全等级二级。本工程建筑抗震设防类别为标准设防类。工程采用钢筋混凝土框架结构体系，框架抗震等级为三级。本工程地基基础的设计等级为甲级。

1.2 超长结构分析

本工程地下空间部分分为6个组团，每个组团包含2～4个地块成为一个单独的地下室结构，联系各组团的外环路与组团地下室的连接方式，采用设缝联通口的形式。6个组团中最长的结构地下室外侧弧线长度在550m左右，属于超长结构。

2 超长结构处理措施

2.1 沉降分析

本项目结构沉降变形主要通过控制绝对沉降量的大小来减小结构相对沉降差，在结构统一技术措施中要求各单体的计算最大沉降不大于80mm。根据过往的工程经验，单体结构的沉降最大点一般为塔楼核心筒的中心位置，然后向周边逐渐减小，单体本身的计算沉降差一般为20mm～30mm，且本工程根据地勘报告土层压缩模量计算的沉降量与建筑物实测的最终沉降量相比偏大，因此控制计算最大沉降能有效减少结构的差异沉降。通过设置灌注桩将结构荷载尽量扩散到深层土层，利用桩底较硬的持力层及下卧层的高压缩模量，可以减少结构的最终沉降量。同时为确保无不均匀沉降，本工程底板厚度加大以进行加强处理，取700mm。同时拼合各地块结构模型，整体计算超长结构的温度荷载，计算变形沉降，使整体结构设计达到指标要求、控制沉降和变形。

2.2 温度变形分析

本工程结构超长的温度变形主要通过构造措施来保证。①地下室结构本身的温差较小，且地面有覆土或上部结构存在可作为地下室结构的保温层，因此结构的温度变形相对也较小。②地下室顶板标高变化一定程度上减小了结构外表面的单一长度，各单体地下室顶板在建筑内部的长度一般仅有100m，在此范围内的结构温度变形量非常小，通过工程实践经验，一般不需要特别处理都能满足要求。③本工程采用膨胀加强带的方式给混凝土结构增加预压力，可有效抵御温度应力的拉力。采用膨胀加强带的方式可兼顾施工阶段（解决混凝土水化热，凝固收缩变形产生的拉应力）和使用阶段（解决温度变化产生的拉应力）的问题，施工阶段通过加强带分隔大板，采用分仓浇注的方式解决施工应力，使用阶段通过膨胀剂及加强带提供预压应力抵消或部分抵消温度应力。

2.3 裂缝控制分析

工程需考虑温度的影响，为控制裂缝，主要采用构造措施。①提高结构构件配筋率，基础底板及楼板均提高构件最小配筋率，并采用双层双向配筋，配筋率为0.3%左右，梁的腰筋配筋率，控制在每侧0.20%；并且腰筋的间距控制在150mm以内。墙体的水平钢筋配筋率每侧 0.25%左右，钢筋间距为100mm～150mm。②外环市政路段与地块交界处也进行加强，由于外环市政路段采用厚板结构，板厚约600mm～800mm左右，而地块内采用普通梁板结构，板厚约120mm，为确保厚板支座弯矩在交界面支座处能有效传递，因此要求地块在外环相邻跨的板厚不小于400mm，同时市政路厚板与地块楼板进行加腋处理。外环路与地块交界处采光井及大开洞周边板厚及配筋同样加强处理，以控制裂缝。

混凝土本身存在着固有的弱点—抗拉强度低、抗裂性差、韧性小等，因此也限制了混凝土性能的充分发挥。本工程在地下室迎水面如顶板、底板及地下室外墙等位置，在混凝土中添加抗裂纤维（如聚丙烯纤维），以此来提高混凝土抗裂性。

3 组团内温度应力分析

针对本工程超长现状，进行温度应力计算。计算时，需考虑混凝土徐变、界面裂缝以及覆土深度对温度应力的折减，按超长结构进行温度应力计算。

3.1 温差分析

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）附录 E.5，查得郑州市基本气温：最低为-8℃，最高为36℃。根据此规范第9.3.2条的条文说明：对地下室与地下结构的室外温度，一般应考虑离地表面深度的影响。当离地表面深度超过10m时，土体基本为恒温，等于年平均气温。郑州年平均气温为14.7℃。

因升温会在混凝土中产生压应力，计算时可不考虑。本工程计算降温产生的拉应力。本工程B1顶板距离地表深度为0.85m，按线性插值计算，此处土体最低温度为 14.7－[14.7－（－8）]×9.15÷10=－6.1℃，无采暖，B1层顶板最低温度取值：-6.1℃。同样根据线性差值计算方法，计算得出各层板的最低温度取值分别为：B2层顶板5.2℃、B3层顶板13.9℃、B4层顶板及底板14.7℃。

本工程后浇带封闭按60d考虑，根据MIDAS GEN 2014计算得出，混凝土60d收缩应变约130×10，极限收缩应变约 294×10，收缩等效温差为16.4℃。徐变折减系数取0.30。考虑混凝土开裂后刚度降低，刚度折减系数取0.70。施工时控制合拢温度不高于20℃，计算取合拢温度＝20℃。

根据公式：负温差＝[(混凝土最低温度－合拢温度－收缩等效温差)×0.3－日温差]×0.7，计算得出结构各部位负温差如下：

B1顶板：负温差＝－8.9℃

B2顶板：负温差＝－6.6℃

B3顶板：负温差＝－4.7℃

B4顶板及底板：负温差＝－4.6℃

3.2 温度应力计算分析

本工程采用了MIDAS GEN软件将三个单体的结构模型拼合后对于B2层顶板及B1层顶板的温度应力进行计算分析。

3.2.1 B2层顶板整体温度应力计算

通过图2～图5所示，B2层顶板薄弱处采光井开洞区域附近温度应力取0.6N/mm，采光井周边板厚加厚，取400mm，每米范围内总的拉力为：0.6×400×1000=240000N,对应楼板配筋240000/360/2=333,即双面双向各附加8@150即可，采光井周边区域按配筋率双面双向0.3%控制，可满足结构计算和温度应力计算附加共同要求。单体内板厚120mm，温度应力取0.8 N/mm，对应楼板双面双向附加8@200即可，同样按0.3%配筋率控制，即可满足要求。

图2 温度荷载工况设置

图3 采光井较大开洞区域温度设置

图4 整体温度应力计算结果

图5 采光井较大区域温度应力计算结果

3.2 .2B1层顶板整体温度应力计算

通过图6～图9所示，B1层顶板薄弱处采光井开洞区域附近温度应力取1.0N/mm，采光井周边板厚加厚，取400mm，每米范围内总的拉力为：1.0×400×1000=400000N,对应楼板配筋400000/360/2=556,即双面双向各附加10@200即可，采光井周边区域按配筋率双面双向0.3%控制，可满足结构计算和温度应力计算附加共同要求。单体内板厚250mm，温度应力取1.4 N/mm，对应楼板双面双向附加10@200即可，同样按0.3%配筋率控制，即可满足要求。

图6 温度荷载工况设置

图7 采光井较大开洞区域设置

图8 整体温度应力计算结果

图9 采光井较大开洞区域温度应力计算结果

4 结语

综上所述，本项目的超长地下室结构设计和施工在技术上是可行的，后续设计中切实把控设计指标，施工单位在施工中严格按施工规范要求施工，在施工过程中控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，采取措施减少水化热对混凝土构件的影响，确保混凝土振捣密实并加强养护，以减少混凝土收缩和温度应力对结构带来的不利影响。同时在施工中加强监测，以确保本工程项目的顺利实施。