杨 鹏,方祖辉
(1.黄河水利委员会 河南河务局,河南 郑州 450003;2.武汉大学,湖北 武汉 430072)
鼎立国际城项目位于河南省开封市金明区,东临黄河大街,北临东京大道、黄河水院,南临金耀路和居民区,西临河南大学新校区。 笔者对该项目的规划、布局、建筑结构、施工程序、建造过程进行了探讨,分析了后浇带设置的力学原理,研究了后浇带设置的合理位置、施工特点。
后浇带是为了解决因沉降差、收缩应力等引起结构破坏和裂缝而滞后浇筑的二期混凝土施工带[1]。 在鼎立国际城项目施工中,为防止钢筋混凝土现浇结构由于沉降、变形、不均收缩产生结构内应力可能引发的破坏和有害裂缝,按照设计或施工规范要求,在基础底板、墙、梁等相应位置留设临时施工缝或后浇带。 在该构件经过沉降稳定和结构内部收缩完成后,再浇捣施工缝或后浇带混凝土,将结构连成整体。
鼎立国际城项目施工后浇带分为沉降后浇带、收缩后浇带和温度后浇带3 类。 沉降后浇带是为解决高层建筑主楼与裙房的沉降差问题而设置的;收缩后浇带是为防止混凝土凝结收缩开裂而设置的;温度后浇带是为防止混凝土因温度变化拉裂而设置的[1]。
根据有限的资料,查到后浇带设置的相关规范主要有5 种。
(1)《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第12.1.10 条规定[2],当采用刚性防水方案时,同一均匀结构建筑的基础应避免设置变形缝。 可沿基础长度每隔30~40 m 留一道贯通顶板、底板及墙板的施工后浇缝,缝宽不宜小于800 mm,且宜设置在柱距3 等分的中间范围内。 后浇缝处底板及外墙宜采用附加防水层;后浇缝混凝土宜在其两侧混凝土浇筑完毕2 个月后,再进行后浇缝混凝土浇筑,其强度等级应提高一级,且宜采用早强、补偿收缩的混凝土。
(2)《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》(JGJ6-99)第6.6.2 条规定[3],基础长度超过40 m 时,宜设置施工缝,缝宽不宜小于80 cm。 在施工缝处,钢筋必须贯通,第6.6.3 条规定,当主楼与裙房采用整体基础,且主楼基础与裙房基础之间采用后浇带时,后浇带的处理方法应与施工缝相同。
(3)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第9.1.3 条规定[4],如有充分依据和可靠措施,本规范表中的伸缩缝最大间距可适当增大,混凝土浇筑采用后浇带分段施工。
(4)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第8.4.15 条规定[5],高层建筑筏形基础与裙房基础之间的构造,应符合下列要求:当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时,宜在裙房一侧设置后浇带,后浇带的位置宜设在距主楼边柱的第2 跨内。 后浇带混凝土宜根据实测沉降值,同时计算后期沉降差,能满足设计要求后,才可以进行后浇带混凝土施工。
(5)《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)第5.2.1 条规定[6],后浇带应设在受力和变形较小的部位,间距宜为30~60m,宽度宜为700~1 000 mm。第5.2.2 条规定,后浇带可做成平直缝,结构主筋不宜在缝中断开,如必须断开,则主筋搭接长度应大于45 倍主筋直径,并应按设计要求加设附加钢筋。第5.2.4 条规定,后浇带应在其两侧混凝土龄期达到42 d 后再施工,但高层建筑的后浇带应在结构顶板浇筑混凝土14 d 后进行;后浇带混凝土的养护时间不得少于28 d。
后浇带浇筑时,气温宜选择在10℃左右。 可用浇筑水泥或水泥中掺微量铝粉的混凝土,其强度等级应比构件强度高一级,以防止新老混凝土之间出现裂缝,造成薄弱部位。
鼎立国际城项目的后浇带的形式主要有两种:一种是同一栋楼不同高度两个单元之间的连接构件,主要用来防止主体建筑荷载不同引起的不均匀沉降;另一种是主体建筑与单元门雨棚独立柱不在同一个刚性基础上的构件,是为了防止不均匀沉降引起顶梁内应力过大断裂而设置的后浇带 (如图1所示)。
对图1 的单元门口后浇带进行力学分析,其受力图如图2 所示。
图1 鼎立国际城项目单元门口后浇带Fig.1 Post-poured strip of unit doorway in Dingli international town project
图2 主体建筑与单元门的结构荷载图Fig.2 Main building and unit door structural load
由于主体建筑与单元门柱基础分离、荷载差别大、相同地质条件下沉降差别大(左侧主体比右侧门柱沉降大),在不设后浇带时,结构所受剪力和弯矩状况如图3 和图4 所示。
图3 主体建筑与单元门的剪力示意图Fig.3 Main building and unit door shearing force
图4 主体建筑与单元门的弯矩示意图Fig.4 Main building and unit door bending moment
由图3 和图4 可知,后浇带位置设置恰巧是剪力和弯矩最小或为零附近的受力条件,符合结构力学的原理,后浇带的设置与构件受力关系密切。
鼎立国际城项目后浇带是按照高层建筑规范(以下简称高规)布置,其设计思路是“以放为主”,即释放结构应力,减小因为位移变形而导致的结构断裂和破坏。 对有效设置后浇带的位置、间距、宽度、钢筋处理、浇筑时间应有明确要求。 通过实践,我们深感对后浇带的做法必须予以重视。 如果设计和施工处理不好,不仅起不到预期的效果,还会留下结构隐患。
根据设置规范和要求,设置后浇带应该满足以下7 个条件。
1)间距。 应结合建筑物的尺寸、结构特点、地质环境、地区温差和气候特点等综合考虑。 对于特别长的建筑物,高规规定为30~40 m。
2)位置。 (1)后浇带应布置在小跨梁、小开间或受力较小的部位,一般可在梁跨1/3 处。 (2)后浇带平面布置时,宜平行于主梁,以免截断主梁太多。 (3)视具体结构情况,可沿板的平面曲折处通过。
3)宽度。 “高规”规定,后浇带宽度一般为800~1000 mm。 预留的宽度应满足受力钢筋错层和搭接要求。
4)钢筋。 在后浇带内,梁的纵向受力钢筋必须贯通,不允许断开。 对其他钢筋,有两种处理办法:(1) 温度后浇带梁板结构钢筋均断开后搭接 (“高规”要求),但由于梁钢筋搭、焊接处理困难,质量难以保证,易给结构造成隐患。 (2)沉降后浇带板和梁原有钢筋不应切断,并根据构造要求加筋,将其补强。 目前工程采用较多,但钢筋不能约束结构位移。鼎立国际城后浇带采取了板和梁钢筋直通不断的方法。
5)浇筑时间。 “高规”要求,沉降后浇带宜在主体结构完成、稳定后的变形量超过70%;温度后浇带在主体结构完成两个月后浇筑,且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。
6)后浇混凝土。 采用无收缩或微膨胀混凝土,强度等级较主体混凝土提高C5 级。 鼎立国际城项目后浇带混凝土采用的强度等级是C35。
7)设计交底。 (1)后浇带两侧宜设钢筋网片,以防止主体混凝土流入后浇带。 (2)后浇带混凝土浇筑前应清理凿毛,浇筑时振捣密实,精心养护。 (3)后浇带两侧支撑应保证稳定可靠,待后浇带混凝土达到28 d 龄期设计强度时,才可以拆除支撑的立柱和模版。 (4)后浇带使用的混凝土需要添加膨胀剂,以便补偿混凝土的收缩。 一般在混凝土中掺10%~12%的UEA(膨胀率为2×10-4~3×10-4)膨胀剂。
通过力学分析,绘制出结构沉降后的受力情况,从剪力图、弯矩图上找后浇带的位置,应该是设在弯矩为零(或最小)的地方。 这样布置的后浇带才是科学合理的。 要防止施工中放错后浇带位置,影响结构的整体强度。 要特别注意以下两点。
1)科学解决建筑物结构沉降差。 高层建筑和裙房的结构及基础设计为一个整体,但在施工时,用后浇带把两部分暂时断开,待主体结构施工完毕且完成大部分沉降量以后,再浇筑连接部分的混凝土。设计时,对于基础,应考虑两个阶段不同的受力状态,分别进行强度校核。 在连成整体后的计算中,应当考虑后期沉降差引起的附加内力。 这种做法在地基土为非黏性土时较好,房屋的沉降量能在施工期内基本完成。 同时,还可以采取以下措施进行调整:(1)调整结构压力差。 主楼荷载大,可采用整体基础提高地基土的承载力,减少主楼对地基土的压力,并加大埋深,减少附加压力;低层部分采用较浅的十字交叉梁基础,增加对地基土的压力,使高低层沉降接近。 (2)调整时间差。 先进行主楼施工,待其基本建成且沉降基本稳定时,再进行裙房施工,使后期沉降量基本接近。(3)恰当调整主次楼标高。经沉降计算,把主楼施工标高定得稍高,裙房施工标高定得稍低,预留两者沉降差,使两个建筑物在最终沉降稳定后,实际标高基本一致,且接近设计标高。
2)合理减少温度收缩影响。 新浇混凝土在硬结过程中会收缩,已建成的结构受热要膨胀,受冷则收缩。混凝土凝固收缩的大部分是在施工后的头1~2 个月完成,而温度变化对结构的作用则是经常的。当其变形受到约束时,在结构内部就产生温度应力,严重时就会在构件中出现裂缝或拱起。 在施工中设置后浇带,要在过长的建筑物中,每隔30~40 m设宽度为700~1 000 mm 的缝带,对缝带内的钢筋采用搭接或直通加弯做法。 留出后浇带后,在施工过程中,混凝土可以自由收缩,从而大大减少收缩应力。 混凝土的抗拉强度可以大部分用来抵抗温度应力,提高结构抵抗温度变化的能力。 后浇带保留时间一般不少于一个月,在此期间,收缩变形可完成30%~40%。 后浇带的浇筑时间宜选择气温较低(但应为正温度)时,可浇筑水泥或浇筑水泥中掺微量铝粉的混凝土浇筑,其强度等级应比构件强度高一级,以防止新老混凝土之间出现裂缝,造成薄弱部位。
[1] 刘宏宇.高层建筑结构后浇带的设计[J]. 科技信息,2011(9):311-312.
[2] JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3] JGJ6-99,高层建筑箱形与筏形基础技术规范[S].
[4] GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
[5] GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
[6] GB50108-2001,地下工程防水技术规范[S].