王 偉,程 數(shù),王 海

(1. 浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司,浙江 杭州 310012；2. 浙江省建科建筑設(shè)計院有限公司,浙江 杭州 310012)

1 工程概況

某綜合體項目地上由若干幢多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋組成,地下為一層大底盤地下室,采用天然基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ),地下室結(jié)構(gòu)平面布置見圖1,建筑平面呈多邊形,東西向長約270 m,南北向長約250 m,層高3.4～5.2 m,頂板標(biāo)高為-1.850～-0.050 m,柱及梁、板混凝土強(qiáng)度等級均為C35,主樓范圍頂板厚160 mm,純地下室部分頂板厚300 mm,地下室結(jié)構(gòu)未設(shè)置伸縮縫。地下室頂板澆筑混凝土?xí)r間開始于2015年6月,后澆帶混凝土封閉時間為2016年4月至5月,2017年2月發(fā)現(xiàn)1號樓高低跨交接處柱頂開裂,此時地下室頂板尚未覆土。

2 開裂情況查勘

經(jīng)現(xiàn)場查勘,該地下室1號樓高低跨交接處框架柱頂普遍存在開裂現(xiàn)象,裂縫從高跨梁底標(biāo)高處斜向開展至邊梁底標(biāo)高處的柱邊,裂縫示意見圖2,現(xiàn)場情況見圖3。框架柱截面尺寸為700 mm×700 mm(柱截面配筋見圖4),高低跨縱向梁高均為800 mm,高低跨頂板板面高差為1 100 mm。

圖2 柱頂裂縫示意圖

圖3 柱頂裂縫 圖4 柱截面配筋圖

3 結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 常規(guī)荷載作用下承載力計算

通常情況下,結(jié)構(gòu)承受的荷載包括結(jié)構(gòu)自重、樓面及屋面活荷載、風(fēng)荷載、積雪荷載、地震荷載等[1-2],地下室頂板結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮施工荷載及車輛荷載。本文采用PKPM系列結(jié)構(gòu)分析軟件對該地下室在常規(guī)荷載作用下的承載力進(jìn)行復(fù)算,本項目位于非抗震區(qū),結(jié)構(gòu)計算時不考慮地震作用,計算中不考慮高低跨影響。計算參數(shù)見表1。

表1 計算參數(shù)一

計算表明,在常規(guī)荷載作用下,該地下室高低跨交接處框架柱的正截面及斜截面承載力均滿足規(guī)范要求。

3.2 超長結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析3.2.1 模型說明

溫度應(yīng)力對于超長結(jié)構(gòu)是一個不可回避的問題,本文采用Midas/Gen程序?qū)Φ叵率揖植糠秶M(jìn)行分析,結(jié)構(gòu)模型見圖5,模型考慮頂板變標(biāo)高(高低跨)的影響。計算參數(shù)見表2,并假定結(jié)構(gòu)處于線彈性狀態(tài),該地下室后澆帶混凝土封閉時間為2016年4月至5月,2017年2月發(fā)現(xiàn)柱頂開裂,在此期間內(nèi)地下室頂板未覆土處于暴露環(huán)境,參考當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，溫度荷載取值-20℃。

圖5 計算模型

參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值混凝土強(qiáng)度等級C35彈性模量Ec/(N/mm2)3.15×104線膨脹系數(shù)αc/℃1×10-5導(dǎo)熱系數(shù)λ/[kJ/(m·h·℃)]10.6比熱容c/[kJ/(kg·℃)]0.96溫度作用/℃-20

3.2.2 計算結(jié)果

在降溫荷載作用下,地下室頂板梁中產(chǎn)生明顯的軸向拉力,沿結(jié)構(gòu)縱向自邊跨到中間跨,梁所承受的軸向拉力逐漸增大,邊跨框架梁軸向拉力為117.4～191.8 kN,中間跨框架梁軸向拉力為703.2～878.3 kN,地下室結(jié)構(gòu)軸力分布見圖6。降溫荷載導(dǎo)致框架柱中產(chǎn)生剪力,沿結(jié)構(gòu)縱向自邊跨到中間跨,框架柱承受的剪力逐漸減小,但高低跨交接處的框架柱下段中產(chǎn)生了較大的剪力,在高低跨交接處框架柱的上段則產(chǎn)生了顯著的剪力(1 894.5～2 741.9 kN),地下室結(jié)構(gòu)剪力分布見圖7。

圖6 地下室結(jié)構(gòu)軸力分布圖

圖7 地下室結(jié)構(gòu)剪力分布圖

3.3 結(jié)構(gòu)開裂原因分析

在實(shí)際工程中,設(shè)計師在結(jié)構(gòu)計算時通常不考慮高低跨的錯層效應(yīng),而是將高低跨兩側(cè)梁板結(jié)構(gòu)設(shè)置在同一標(biāo)高,并采取構(gòu)造加強(qiáng)措施以保證節(jié)點(diǎn)區(qū)域的正常工作。本文通過有限元計算發(fā)現(xiàn)：超長結(jié)構(gòu)在溫度荷載作用下,沿房屋縱向的水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁、板)中將產(chǎn)生顯著的軸向應(yīng)力,進(jìn)而導(dǎo)致高低跨交接處框架柱的上段產(chǎn)生顯著的剪力,降溫過程產(chǎn)生的剪力方向與柱頂裂縫開展的方向一致,且與施工資料記錄的情況相吻合。本工程地下室高低跨交接處柱截面尺寸為700 mm×700 mm,箍筋采用HRB400級鋼筋,配筋為Φ6@200,采用多邊形復(fù)合箍,且未采取其他構(gòu)造加強(qiáng)措施,從而導(dǎo)致該部位框架柱的上段產(chǎn)生剪切裂縫。

4 高低跨交接處構(gòu)造措施探討

現(xiàn)有的分析計算程序,對高低跨平面可以按整體平面輸入,然后通過調(diào)整樓面標(biāo)高的方法形成錯層平面布置,但計算結(jié)果可能出現(xiàn)異常。為避免上述情況的出現(xiàn),可優(yōu)先考慮通過采取恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施,消除或減輕高低跨給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響：

1)可在框架柱上段設(shè)置梁側(cè)加腋(圖8)以改善水平向的傳力途徑；為改善水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁、板)的軸向應(yīng)力問題,建議適當(dāng)增強(qiáng)高低跨兩側(cè)的梁、板配筋。

2)在溫度荷載作用下,框架柱的上段將產(chǎn)生顯著的剪力,柱上段箍筋應(yīng)加密,且建議采用井字形復(fù)合箍。

3)為降低超長結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力,建議結(jié)構(gòu)后澆帶封閉后應(yīng)盡快完成地下室頂板面的覆土施工,避免結(jié)構(gòu)長時間處于暴露環(huán)境。

圖8 設(shè)置梁側(cè)加腋

5 結(jié) 語

某超長地下室高低跨交接范圍集中出現(xiàn)了框架柱頂剪切裂縫,經(jīng)計算復(fù)核,在常規(guī)荷載作用下,該地下室高低跨交接處框架柱的正截面及斜截面承載力均滿足規(guī)范要求。

考慮高低跨錯層效應(yīng)的影響,通過Midas/Gen程序?qū)Ρ确治霭l(fā)現(xiàn)：超長混凝土結(jié)構(gòu)在溫度荷載作用下,沿房屋縱向的水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁、板)中將產(chǎn)生顯著的軸向應(yīng)力,高低跨交接處框架柱的上段則產(chǎn)生顯著的剪力。本工程地下室高低跨交接處框架柱箍筋配筋不足,且未采取有效的構(gòu)造加強(qiáng)措施,是導(dǎo)致該部位框架柱的上段產(chǎn)生斜向開裂的主要原因。工程實(shí)踐中,可考慮通過采取恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施,消除或減輕高低跨給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。