文/杜向輝、王昱凡、軒超 中國建筑第八工程局有限公司西北分公司 陜西西安 710054

BIM技術(shù)在地下室外墻裂縫控制中的應(yīng)用

文/杜向輝、王昱凡、軒超 中國建筑第八工程局有限公司西北分公司 陜西西安 710054

隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的不斷發(fā)展和越來越多建筑對建筑物本身的抗震要求以及現(xiàn)代社會“以人為本”的基本理念，安全、可靠的結(jié)構(gòu)形式和使用功能一直以來都是人們所關(guān)心的話題，以下就BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題的預(yù)控作用進(jìn)行闡述說明。

近幾年，無論是在招投標(biāo)階段、施工過程各階段，特別是各安裝單位管道、管線、吊頂?shù)仁┕るA段，BIM技術(shù)起到了決定性作用。西安酷派信息港一期工程（1#綜合樓）項(xiàng)目（注：以下簡稱“本工程”）在地下室結(jié)構(gòu)施工階段前，針對地下室結(jié)構(gòu)外墻有可能出現(xiàn)有害裂縫情況，利用BIM技術(shù)進(jìn)行建模，結(jié)合力學(xué)知識進(jìn)行理論分析和制定相應(yīng)地預(yù)防措施。

1.應(yīng)用背景

本工程建筑面積為35325.75m2，整個建筑形式呈“扇形”布置，地下室建筑面積約8700 m2，使用功能為車庫、人防和設(shè)備房等，地下室層高5.6m,外墻為300mm厚混凝土擋土墻。一層框架梁直接支撐在擋土墻頂部，且地下室擋土墻連成一個整體，中間無框架柱分隔，此為大跨度，高荷載問題。

地下室擋土墻在承受外側(cè)填土壓力的同時(shí)，承受上部框架梁及次梁壓力，可近似視作等間距集中荷載，在梁底兩側(cè)角部產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，在混凝土結(jié)構(gòu)承受拉應(yīng)力能力較差的情況下，極易在擋土墻上產(chǎn)生由梁根部延伸出的斜向裂縫。

地下室擋土墻所用材料為P6防水混凝土，若因應(yīng)力集中效應(yīng)產(chǎn)生通縫，則嚴(yán)重影響地下室擋土墻的防水效果。

該工程地下水位較高，若地下室外墻防水措施存在缺陷，則極易產(chǎn)生漏水、滲水現(xiàn)象。若在地下室回填完成后，發(fā)現(xiàn)有漏水、滲水現(xiàn)象，則需要將已回填的肥槽挖開進(jìn)行修補(bǔ)，造成返工，甚至?xí)斐墒彝馔瓿傻孛娴钠茐?，承?dān)高額經(jīng)濟(jì)損失。

考慮對地下室擋土墻進(jìn)行BIM建模，對模型施加荷載后進(jìn)行內(nèi)力分析，找出裂縫易開展的薄弱部位，采取針對性措施。

2.BIM模型建立

應(yīng)用BIM技術(shù)事先建立地下室外墻及梁板模型，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際堆載及土方回填情況添加荷載，使擋土墻模型處于與實(shí)際受力情況相近的荷載環(huán)境中。

工程主體結(jié)構(gòu)模型地下室擋土墻分析單元模型

為便于計(jì)算和分析，我們將連成一體的擋土墻進(jìn)行分割，每段擋土墻構(gòu)件分割長度為10000mm（框架梁跨度為9000mm，為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，構(gòu)件邊界每邊向外延伸500mm），

3.內(nèi)力分析

將側(cè)向土壓力、覆土壓力及框架梁傳遞的壓力及彎矩等荷載帶入分析模型進(jìn)行單跨擋土墻構(gòu)件的內(nèi)力分析，得到內(nèi)力分布圖及相關(guān)數(shù)據(jù)。

分析模型內(nèi)力分布圖

根據(jù)擋土墻分析模型內(nèi)力分部圖，結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)承受拉應(yīng)力易產(chǎn)生裂縫的特點(diǎn)，可以得出，梁底兩側(cè)為擋土墻的拉應(yīng)力應(yīng)力集中點(diǎn)，根據(jù)拉應(yīng)力分析圖，擋土墻梁底兩側(cè)極易產(chǎn)生斜向裂縫。裂縫開展由梁根部向墻體沿45°角延伸。

4.裂縫防治措施

為防止斜向裂縫的產(chǎn)生，考慮在梁底兩側(cè)增加三道45°附加鋼筋來控制斜向裂縫的產(chǎn)生，并在外墻涂料防水施工時(shí)，將梁底向下500mm的范圍視為防水薄弱部位，并在該范圍內(nèi)增加一道防水附加層，以減輕擋土墻應(yīng)力集中現(xiàn)象對地下室外墻防水施工的影響，在出現(xiàn)輕微裂縫的情況下保證不出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

梁底附加鋼筋圖外墻防水附加層布置圖

5 實(shí)際應(yīng)用情況

工程前期施工的施工段，由于當(dāng)時(shí)模型尚未建立，故未按照分析模型進(jìn)行加強(qiáng)，此段外墻出現(xiàn)45°斜向裂縫，最大裂縫寬度達(dá)到0.9mm，陰雨天時(shí)進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)個別裂縫處出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏現(xiàn)象

前期未采取措施擋土墻面滲漏現(xiàn)象后期采取措施后擋土墻面

后期施工的施工段按照分析模型進(jìn)行了加強(qiáng)施工，擋土墻混凝土養(yǎng)護(hù)至28d后進(jìn)行裂縫檢測，發(fā)現(xiàn)此施工段處擋土墻裂縫數(shù)量大大減少，最大裂縫寬度為0.2mm，且未發(fā)現(xiàn)通縫。陰雨天進(jìn)行觀測時(shí)未發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象。

6 應(yīng)用總結(jié)

此工程根據(jù)地下室擋土墻的大跨、高荷載的特點(diǎn)，應(yīng)用BIM技術(shù)建立分析模型，找出易產(chǎn)生裂縫的薄弱部位，提前采取加強(qiáng)措施加以防治，避免了后期若出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫的復(fù)雜的修補(bǔ)工作，以及地下室外墻的滲漏風(fēng)險(xiǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著，為類似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[1]建筑施工手冊：（第五版）?！督ㄖ┕な謨浴罚ǖ谖灏妫┚帉懡M。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)。建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50300-2013）。北京建筑工業(yè)出版社，2013.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010）。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

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BIM；外墻裂縫；控制措施

BIM; wall crack; control measures