超长地下车库结构温度作用分析

曾 升， 侯建龙

(上海原构设计咨询有限公司沈阳分公司，沈阳 110004)

超长地下车库结构温度作用分析

曾 升， 侯建龙

(上海原构设计咨询有限公司沈阳分公司，沈阳 110004)

混凝土收缩是一个长期的过程，其最终收缩量与多方面因素有关。温差效应包括竖向温差效应和水平温差效应。地下车库着重考虑的是施工阶段的温差效应，为使超长结构地下室外墙和顶板混凝土裂缝问题得到有效的控制，通过设置后浇带，施工阶段注意事项，其他措施；采用MIDAS对本结构进行计算，得出温度效应产生的附加弯矩对墙、柱配筋产生的影响较小，不起控制作用。

地下车库；结构；非荷载；温度效应

0 引言

混凝土收缩是一个长期的过程，其最终收缩量与其材料构成、构件尺寸、环境影响以及施工养护等多方面因素有关。混凝土的长期收缩效应与结构施工阶段的温差效应同时存在，分析时将两种效应一起考虑。从宏观上看，温差效应包括竖向温差效应和水平温差效应。就构件而言，季节变化、太阳辐射等造成的温差可以分为两类，一类是构件自身内外表面的温差，即局部温差；另一类是构件中面的温差，称为整体温差；本文讨论的是地下车库在施工阶段，结构被埋于地下，且有保温隔热措施，因而结构外围构件受室外温度的影响较小，可以认为，室内、外温差不会通过改变四周构件的温度对结构产生较大不利影响，所以着重考虑的是施工阶段的温差效应。

1 工程概述

沈阳地区某项目包括住宅楼19栋，其中5栋为11层住宅，13栋为18层住宅，1栋为3层商业。地下为1一层地下车库，其中11栋单体高层在地库内。本项目地下车库为板柱剪力墙结构，顶板为无梁楼盖，底板为独立基础加防水板，顶板厚度为450 mm，底板厚度为400 mm，独立基础截面高度800～900 mm。地下室层高为3.7 m，顶板顶结构标高-2.300 m，底板顶结构标高为-6.050 m。地库平面尺寸为248 m×160 m，总面积约为35 000 m2。平面布置图(后浇带位置)见图1。

图1 地库后浇带平面布置

本项目平面超长，X方向平面尺寸约160 m，Y方向平面尺寸约248 m，大于辽标《地下混凝土结构防裂技术规程》[2]规定不设永久变形缝的最大间距180 m，但基于以下原因，按不设置伸缩缝设计：

1)本项目为高档社区，业主极其注重地下车库的使用品质，要求有足够数量的地下车位。

2)因内部使用功能的要求，结构不适宜设置伸缩缝。

3)结构仅一个方向超出规程适用范围较多，且使用阶段由于地下室常年温度变化不大，同时混凝土收缩在施工阶段大部分已完成，再考虑徐变应力松弛系数的有利作用，因此，温度﹑收缩及徐变的综合效应对结构的影响不会很大，其影响通过在施工图设计阶段采用补偿收缩混凝土，增设后浇带、温度钢筋来抵抗温度应力。

2 沈阳地区的气象条件

辽宁省沈阳市属温带半湿润季风性气候，由于受大陆性和海洋性气团控制，其特征是冬季漫长寒冷，春季多风干燥，夏季炎热多雨，秋季湿润凉爽。

3 措施

关于本项目，我们从“抗”“放”两方面入手，使超长结构地下室外墙板混凝土裂缝问题得到了有效的控制，为减少上述非荷载效应的影响，采取以下具体措施。

3.1 设置后浇带

本工程每40～50 m设一道混凝土后浇带，后浇带设置可以避开混凝土收缩应变高峰期，释放部分收缩应力；同时施工时可以选择合适的时机浇筑，使结构的合拢温度较为合理。后浇带须至少7个月之后浇筑；为防止施工阶段出现较大负温差，在后浇带浇筑完成之后进入冬季之前，覆土须回填完毕。

3.2 施工阶段注意事项

1)优化砼配合比设计：通过试验优选合适的外加剂和掺和料，适当降低水灰比和减少水泥用量，选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥，选用优质粉煤灰，砂和石含泥量要小，级配良好。

2)砼应严格振捣密实，提高砼密实度。

3)落实好砼浇筑后的养护措施，尽量做好保湿保温养护。

4)降低室外温差的影响。夏季施工时应尽量避免在烈日下浇筑楼板砼；降低砼的入模温度；底板垫层上干铺油毡作滑动层；地下室四周土要及时回填，且应分层夯实，既加强地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，又可尽快避免室外温度变化对侧壁的影响。

5)施工顺序：温度后浇带合拢后，及时进行覆土回填，合拢温度为10℃左右。

3.3 其他措施

本工程采用建筑外防水柔性材料，混凝土裂缝宽度可控制在0.3 mm以内。地下室顶板采用无梁楼盖结构，顶板厚度为450 mm。基础为柱下独立基础+防水底板，防水底板厚度为400 mm，双层双向配筋三级钢14，间距150，单面配筋率约0.23%。墙体厚300 mm，单面水平钢筋配筋率≥0.2%，在墙体高度的水平中线上下共500 mm范围内，水平钢筋竖向间距加密为100 mm，抗渗等级均为P6，见图2。

图2 挡土墙配筋详图

4 模型分析及计算结果

本工程采用MIDAS对本结构进行计算。因为后浇带设置合理，所以不单独计算先浇的各区段，仅进行结构连成整体后的计算，即对温度后浇带合拢至施工阶段结束最不利温度工况进行温度应力分析。计算模型对结构基础底板、顶板、墙体进行了模拟；模型中不考虑侧向土压力和水压力对结构的作用，假定结构嵌固于基础底板上。

4.1 分析工况

后浇带合拢施工在2014秋季，10月份平均气温为10℃左右，故结构的合拢温度近似取为10℃。因地下室顶板有2.0 m覆土，且四周有较好的建筑隔热保温层，根据沈阳地区多年气温测定结果确定本地下室最低月平均气温为-5℃，这样，计算整体结构收缩应力采用的温差为-15℃。考虑混凝土抗拉性能比抗压性能差以及收缩温差效应的叠加，我们将只取使楼层收缩受拉的负温差进行分析。

顶板与外墙的在施工阶段的总温差为-15℃。上述各温差均由缓慢的温度变化产生，通过对变形的约束使构件受力，可以考虑混凝土的徐变应力松弛特性。作为简化计算，松弛系数根据有关参考文献的建议，取为0.3，计算时，将混凝土弹性计算的温差乘以松弛系数，所得温差数值作为程序计算输入温差，即15℃×0.3=4.5℃。程序计算中输入温度效应组合系数0.6和分项系数1.4，为考虑了地下车库整体共同作用，输入地基土的x与y向基床系数为5×104kN/m3，计算出的应力及内力作为设计依据。

4.2 竖向构件内力分析

4.2.1 外墙分析

根据MIDAS温度应力计算结果，对整个地库外墙切出了6个典型区域，分别算出了典型区域的应力和内力(均取较大值)，其中内力较大的为墙体平面外弯矩，应力较大为沿墙体方向应力。计算结果分析：

平面外方向：温度作用下外墙附加弯矩：底部(最大)28.1 kN·m，顶部(最大)22.1 kN·m；取恒荷载+活荷载+温度效应共同作用下的外墙配筋(三级钢)结果如下：底部As=974 mm2，顶部As=787 mm2。取恒荷载+活荷载+水压力共同作用下的外墙弯矩设计值：底部(最大)83 kN·m，顶部(最大)64 kN·m。外墙实配钢筋(三级钢)结果：底部As=1 026 mm2(φ14@150满足承载力和裂缝要求)顶部As=1 026 mm2(φ14@150满足承载力和裂缝要求)。

平面内长度方向：外墙高度中间范围的温度作用下收缩应力范围：0.8～1.3 MPa。按1.3 MPa考虑，计算配筋率为1.3/360/2=0.18%(单侧)，现构造配筋为三级钢φ12@150，配筋率为754/300/ 1 000=0.251%(单侧)经过计算结果，原墙体配筋满足要求，故不需要另外增加配筋。

4.2.2 框架柱分析

根据MIDAS温度应力计算结果，柱最大附加弯矩Mx=155 kN·m，My=72 kN·m，N=4 843 kN。按双向偏心受压构件计算，仅考虑恒荷载、活荷载、温差效应作用组合，则该柱全截面配筋面积为2 409 mm2，配筋见图3。

若考虑恒荷载、活荷载、地震效应作用组合，框架柱配筋图见图4。

图3 框架柱配筋详图

图4 框架柱配筋详图

故按考虑恒荷载、活荷载、地震效应作用组合的配筋结果进行设计。

4.2.3 顶板内力分析

根据MIDAS温度应力计算结果，对整个地库顶板切出了8个典型区域(如图5)。

4.2.3.1 计算结果分析

Y方向的收缩应力范围：0.5～1.2 MPa，X方向的收缩应力范围：0.1～1.1 MPa。

4.2.3.2 分部规律

3、4、5区域位于地库中部，两个方向收缩应力极值较接近，均为1.0～1.2 MPa。1、2、6、7、8区域分别位于地库的各个边缘处，Y向应力较大。

4.2.3.3 规律总结

应力分布较大值基本分布在地库中部区域内，单体周围有一定的应力集中现象。

图6 无梁楼盖贯通钢筋配筋示意图

4.2.3.4 加强措施

各区域温度效应产生的收缩应力基本接近1.1 MPa，故按1.1 MPa配置钢筋，配筋率为：1.1/360/2=0.153%(单侧)。

取恒荷载、活荷载共同作用下(控制裂缝宽度0.3 mm)的配筋值与抵抗温度收缩应力钢筋值叠加，配筋结果如图6。

原设计图纸中的配筋结果如图7。

图7 无梁楼盖贯通钢筋配筋示意图

综上所述，考虑抵抗温度收缩应力的配筋结果与原设计图纸中的配筋结果相比，仅增加少量钢筋，我们认为该结果是安全合理的。

5 结语

温度效应产生的附加弯矩对墙、柱配筋产生的影响较小，不起控制作用。故墙柱可按恒荷载+活荷载+地震效应组合进行设计。而温度效应产生的收缩应力对顶板配筋影响较大，故需根据温度效应计算分析结果进行有针对性的配筋，通过调整顶板配筋方式，既满足安全性设计要求，又可以满足经济性的设计要求。

综述，此工程应采用有效的计算措施、构造措施和施工措施，以保证地下车库拥有较好的抵抗温度效应产生的收缩应力的能力。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[2]DB21/T1745—2009,地下混凝土结构防裂技术规程[S].

[3]GB50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[4]GB50010—2010,混凝土结构设计规范[S].

TU354

C

1673-1093(2014)04-0063-04

曾升(1978)，男，河海大学，总工程师，国家一级注册结构工程师。

10.3969/j.issn.1673-1093.2014.04.015

2014-01-18；

2014-02-21