超大面积地下室结构伸缩缝设置比较分析

摘要：本文结合上海普陀真如副中心A3-A6地块发展项目超大面积地下室结构，通过分析比较各种伸缩缝设置方法的优缺点，提出了既能满足建筑功能要求，又能防止结构开裂渗水的设计措施，且实际工程证明可靠有效，大大缩短施工工期，是超大面积地下室结构的前沿做法。

关键词：地下室结构伸缩缝无缝设计后浇带

Abstract: in this paper, combined with the A3-A6 plots of land development project in Shanghai Putuo as the deputy center of large area basement structure, advantages and disadvantages through the analysis and comparison of various expansion joint method, which can meet the functional requirements of the construction, and the design measures to prevent crack and leakage in the structure, and the actual engineering proved effective and reliable, greatly shorten the construction period, is a frontier practice of large area basement structure.

Keywords: seamless design after pouring seam structure of telescopic basement

中图分类号： S611文献标识码：A文章编号：

概述

本工程位于上海市普陀区铜川路以北，曹杨路以西，固川路以南，真华路以东的范围。基地内分为四个地块如下图所：A3 地块平面体型约为266x204 米，占地面积约为50949平米，地上部分包括5栋32 层，100米高的公寓式办公楼以及相应的两层裙房，以及一栋120米高的酒店。地下部分包括地下两层的商业及地下三层的车库。同时地块内布置了贯穿南北的下沉式广场。

A5地块平面体型约为305x205 米，占地面积约为60585 平米，地块内为1~6#楼、商业裙房及地下商业和地下车库，地上建筑面积约291852.61平方米，地下建筑面积约121818平方米。同时地块内布置了贯穿南北的下沉式广场，衔接整个地下商业。

A3及A5 地块三层地下室的层高B1为6.3m,B2为5.95m，以及B3为4.2 米，地下室的标准柱网为8.4x8.4 米，均为超长的钢筋混凝土框架结构。A3及A5地块均设有大型的下沉式广场地块西侧部分因位于地铁50m范围以内，将建二层地下室并先行施工。

对于本工程的A4 及A6 地块的地下室，因与分缝事宜相关的地下室层数及建筑布置尚未确定，故未包含A4 及A6 地块的内容。

超大面积地下室结构处理方法及优缺点汇总

混凝土结构的裂缝问题是一个相当普遍的质量问题，特别是随着建设规模的日趋增大，超长混凝土结构日益增多，工程裂缝控制技术难度更高。一般来讲，超长结构裂缝产生的原因主要有三种：

外荷载的直接应力，即承载力计算的应力裂缝。

由外荷载作用和结构刚度变化的次应力引起的裂缝，如刚接与铰接在计算模型中的假定和实际施工形成的刚度之间差异，这些部位通常会产生裂缝，此处的弯矩和剪力为次应力。

变形引起的裂缝，如温度变化引起的收缩和膨胀，不均匀沉降等原因引起的裂缝。结构设计中对于长度较长的结构需考虑温度变化对于结构的影响，避免温度裂缝的出现。混凝土规范中对于钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距作了规定，对于混凝土框架结构的建议最大不设缝长度为55 米。但是近年来高层建筑设计中已有许多工程超出表中的规定，所以在有充分依据及可靠措施时，伸缩缝的间距可以大大超出表中的规定是可行的。具体措施将在后面的章节中进行讨论。

本工程各地块之地下室长度均超过国家规范要求设置伸缩缝最大距离的限值，对于是否设置伸缩缝及如何设置伸缩缝将是结构设计需要解决的难点，本节将详细分析各种情况的优缺点。

设置地下室伸缩缝的讨论及分析

a．伸缩缝采用双墙方案的优点及缺点

原有的结构方案中在4个地块的中部均设置通长的伸缩缝把结构分成若干独立的部分，另外，在后期施工的1号及9号塔楼周围设永久的沉降缝。伸缩缝的做法采用双墙，双墙之间用砂土填实来传递土压力，双墙间隔约1000mm(考虑施工空间)。在建筑需要走通或打开的连通区域，按需要设置双柱及部分悬挑结构，中间留100mm空隙作为伸缩缝。

双墙做法是较为传统的地下室伸缩缝的做法，存在下列优缺点：

优点：1．采用将两侧结构完全分开的方法减小了结构单元的长度，从而相应的减小温度次应力。

2．在伸缩缝的大部分范围采用双墙，仅在需要出入开口处连通，使每侧结构单元地下室的防水效果较好。

缺点：1．对于大面积的地下结构，如商场、停车库等，通长设置的双墙伸缩缝将地下室分隔成两个独立的部分，必然影响建筑的使用功能。

2．由于将地下室分成完全独立的结构，将削弱地下室结构的整体刚度。

3．伸缩缝的设置将对设备管线布置产生影响，需要对穿越双墙伸缩缝的管线使用柔性接头，增加了防水措施，同时增加了不确定性。

b. 伸缩缝采用双柱方案的优点及缺点

就本工程的实际情况而言，大部分的超长结构都位于地下，其中B3 及B2 的埋深为约-18.20 米及-14.0 米，埋置深度较大，相应的可能产生的温差也较小，因此可以认为温差对于结构的影响较小，因此可以将B3 及B2 的结构无缝连接。而对于地面首层及具有大部分开敞空间的B1 层，设置双柱及100mm 的伸缩缝。

双柱方案的优缺点如下所列：

优点： 1．地面首层及B1设100mm 宽的伸缩缝降低了上部结构因温差变化影响较大而导致超长结构产生裂缝的可能。

2.在伸缩缝处设置双柱使对下室的建筑使用功能影响较小。

缺点： 1．对于在地面首层敞开的100mm 宽伸缩缝的防水节点需有可靠的设计保证。

2． 因100mm 伸缩缝节点无法传递水平力，相应的各塔楼的地下结构在B1 层需要虑附加水平力的影响，或在楼梯间等区域设置抵抗水平力的剪力墙。同时相邻区域的塔楼的底部嵌固层位置将受影响。

不设置伸缩缝的结构方案的优缺点

根据相关的工程经验，通长的伸缩缝固然可以减少混凝土的干缩与潜变后的膨胀与收缩，但也会产生诸多弊端。伸缩缝的设置并不能杜绝裂缝的产生，即使按要求设置了伸缩缝，而不注意其他环节，还是可能出现裂缝，伸缩缝受到周而复始的大气温度的影响，建筑物建成初期的不均匀沉降的影响引起的密封材料的老化以及腐蚀、锈蚀等耐久性方面的问题，使得变形缝方面的缺陷引起的建筑质量方面的通病各式各样，给变形缝的维护和保养带来不便，如果不设置任何形式的永久缝，就可以避免由此带来的各种弊病。而且近年来已有大量的工程实例验证裂缝控制及结构安全可经由其他技术加以达成而无需采用伸缩缝。所以取消伸缩缝并在设计和施工中采取若干措施来控制收缩裂缝，也是可行的方案，其优缺点在于：

优点:1．对于地下室的商业及车库的使用功能及建筑布局不会产生影响。

2．无缝设计的结构可以杜绝各类变形缝产生的渗水隐患。

3．节约设置双墙或双柱伸缩缝及建筑防水所需要的费用。

缺点： 1．无缝的超长结构需要考虑温度应力的影响，将在地下室结构中增加抵抗温度应力的附加钢筋，将相应增加结构的造价。

2．地面首层应采取保温隔热措施以减小温度变化的范围。

超大面积地下室结构不设伸缩缝在设计和施工中所需要采取的措施

对于本工程的大底盘地下室结构，结构体系较为复杂，即有超高层的塔楼及高层住宅，又有大面积开敞的地下商业建筑。对于不设伸缩缝所需采用的技术措施需考虑各个不同区域不同受力状况的影响。在结构设计中应考虑以下措施：

1．对于地下一层楼板、地下二层楼板在设计时考虑温度应力的影响，在梁、板、柱中增设温度应力钢筋。本工程温度应力的计算将在地下室平面确定后进行建模计算，并将讨论并确定地下室温度应力计算时的温差T的取值。

2．对于塔楼的筒体及剪力墙附近的应力集中区域，设置钢筋加强区。

3．尽量避免广义的结构断面突变。（构件断面、构件线刚度）等产生的应力集中。

4．控制应力集中裂缝，在孔洞和变截面的转角部位，由于温度收缩作用会引起应力集中，导致裂缝的产生，须采取有效的构造措施，如在转角、圆孔边等作构造筋加强，转角处增配斜向钢筋或网片，在孔洞边界设置角钢等。

5．对于直接暴露在室外的地面和地下一层结构表面，提供覆土和保温隔热措施。

6．主体结构与填充墙以及其它非结构构件之间的联结采用钢丝网加砂桨过渡，减少非主体结构的裂缝。

7．对于地下室结构与地下连续墙的连接，应采用设边柱的结构形式，使B2 及B1 的楼面结构与地下连续墙通过边梁紧靠但不连接，有利于楼板温度变形的释放。

同时，合理的施工顺序及施工质量对于超长混凝土结构裂缝控制同样具有决定性作用，本项目在施工时至少应采取以下措施：

1．在地下室中部设置一条封闭时间不小于18个月的后浇带来减小早期混凝土的收缩和徐变。

2．在地下室范围每隔30至40米设置施工后浇带，并且严格控制后浇带封闭的时间和顺序。

3．严格控制混凝土原材料的质量和技术指标，减小水灰比，并掺入适当的减水剂来控制混凝土干缩的量。

4． 在施工过程中，避免混凝土楼板在现浇过程中直接暴露在阳光下，并采用保持一定的湿度等措施以减小砼板的开裂。

总结及建议

对于各种地下室结构分缝方案的比较，如附表所列，在方案的选择时可以参考以下建议：

地下室不设置伸缩缝是可以实现的，建议优先选择不设缝的结构方案。

在有可靠的节点防水措施的情况下，可以选择双柱的伸缩缝方案。

在建筑使用条件允许的情况下，选择双墙的伸缩缝方案。

参考文献

[1] 混凝土结构设计规范 GB50010-2010 北京：中国建筑工业出版社 2010

[2] 工程结构裂缝控制 王铁梦。北京：中国建筑工业出版社 1997

[3] 地下工程防水技术规范 GB50108-2008 北京：中国计划出版社 2009

[4] 温度作用与结构设计 樊小卿 建筑结构学报 1999