基于Midas Gen的超长地下室温度作用分析及设计

冯 新 辉

(山东省建筑设计研究院有限公司，山东 济南 250001)

1 工程概况

大连亿达·云集项目位于辽宁省大连市。该项目用地面积8.06万m2，总建筑面积55万m2，主要建筑功能是住宅、商业及车库。总平面图见图1。

1号～12号楼为高层、超高层住宅，其余16栋建筑为公建。28栋建筑的地下室连在一起。地下室东西长175.2 m，南北长572.6 m。永久性的变形缝会给工程的防水质量带来不利影响，止水带渗漏问题难以避免。地勘报告显示本项目所处位置地下水丰富。为避免地下室使用过程中漏水，地下室不设伸缩缝。

2 地下室方案

场地情况为南高北低，高差为9 m。地下室在南北向随之变标高6次，每次1.5 m(见图2)。顶板东西向也存在1.0 m的高差(见图3)，所以地下室顶板不在同一个标高上，其在降温作用下的拉应力得到一定程度的释放。

3 温度荷载计算取值

3.1 环境温差

根据设计要求，后浇带在2014年4月进行合龙。当地4月的平均温度10 ℃。后浇带的强度满足要求后立即进行厚度为1.50 m覆土回填。结构在温度作用下最不利工况是后浇带合龙后的降温作用。地下室的主要功能为车库和设备用房，均为不采暖房间。考虑楼梯、坡道入口等处未与室外完全隔离，冬季结构构件的最低气温取-5 ℃。温差取值为ΔTk=T0，max-Ts，min=10 ℃-(-5 ℃)=15 ℃(其中，T0，max为结构最高初始平均温度；Ts，min为结构最低平均温度)。

3.2 混凝土收缩当量温差

混凝土的收缩作用可以转化为降温作用。地下室混凝土浇筑完成180 d后合龙后浇带，此时混凝土收缩已完成总量的80%。

根据文献[1]，后浇带合龙时的混凝土收缩量εy(t)=0.43×10-4。混凝土的收缩当量负温差ΔT′=εy(t)/α=4 ℃，(其中,α为混凝土线膨胀系数，取1.05×10-5/℃)。

3.3 补偿收缩混凝土膨胀当量正温差

地下室底板和挡土墙补偿收缩混凝土的限制膨胀率为2.5×10-4，顶板的限制膨胀率为2.0×10-4，在膨胀加强带的限制膨胀率为3.0×10-4。膨胀加强带的膨胀作用相当于升温2.0×10-4/(1.05×10-5/℃)=19 ℃。综合施工、养护等因素，按最不利情况取值，取补偿收缩混凝土膨胀当量正温差为ΔT″=5 ℃。

3.4 结构设计温差

综合以上多种因素，环境温差ΔTk=15 ℃(降温)，混凝土的收缩当量负温差ΔT′=5 ℃(降温)，补偿收缩混凝土膨胀的当量正温差为ΔT″=5 ℃(升温)。结构设计温差ΔT=ΔTk+ΔT′+ΔT″=15 ℃(降温)。

3.5 徐变下松弛系数取值

混凝土的徐变使结构应力大幅降低。根据文献[2],混凝土徐变下应力折减系数取0.3～0.5，本工程应力折减系数取0.3。温度作用的组合系数和分项系数按照GB 50009—2012建筑结构荷载规范取值。

4 温度作用下应力分析

采用软件MIDAS Gen对超长地下室的温度作用进行计算分析，选取四个代表性区域进行分析，具体位置详见图4。区域1为面积最大的平层楼盖处的中心区域楼板，区域2为主楼周边楼板，区域3为东西向变标高处楼板，区域4为南北向地下室外墙。

地下室顶板在温度作用下东西向最大拉应力最大值为1.8 MPa，南北向最大拉应力最大值为1.7 MPa。地下室挡土墙的底部拉力最大，最大值1.5 MPa。地下室顶梁板、外墙混凝土强度等级均为C35，其ftk=2.20 N/mm2。最大拉应力小于混凝土的受拉强度标准值。

5 构造措施

1)地下室底板、外墙和顶板均采用补偿收缩混凝土。补偿收缩混凝土的最大水胶比不宜大于0.5，掺合料优先选择粉煤灰。补偿收缩混凝土的要求见表1。

表1 补偿收缩混凝土的要求

2)构造措施加强。基础形式为筏板(主楼)和独立柱基+防水板(车库)，防水板厚度不小于250 mm，配筋率不小于0.25%。地下室外墙厚度为300 mm，配筋率不小于0.30%。地下室顶板厚为180 mm/250 mm，双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。

3)施工措施。地下室在东西向和南北向均设置了后浇带和连续式膨胀加强带(间距45 m左右)。结合现场施工标段，后浇带宽度为800 mm，连续式膨胀加强带的宽度为2 000 mm。保证后浇带封闭时间长于60 d。混凝土的浇筑采用跳仓法，保证相邻施工区域混凝土浇筑间隔不少于7 d，使混凝土的前期收缩变形尽量完成。保证混凝土的施工质量，必须振捣密实，加强混凝土拆模后的养护。另外，选择合适的时间进行后浇带合龙，并及时进行基坑回填和车库顶板覆土回填。

6 结语

本工程竣工至今已有4年有余，经历多次冬季降温作用和夏季丰水期的考验。经现场调查，目前地下室结构均未渗漏情况，框架柱也未发现裂缝，结构使用状况良好。结合本工程的经验，超长地下室结构的设计过程中应进行详细的整体温度应力分析，并采取合理的构造。另外，合理的的施工方案和施工措施也是减少超长地下室裂缝的有效途径。