上海科瑞真诚建设项目管理有限公司上海201699
摘要：结合某地下车库超长混凝土结构的设计实例，分析超长地下室混凝土结构产生裂缝的原因，阐述采用的相应设计方法和措施，并着重说明跳仓法在该项目中的设计应用，以供参考。
关键词：超长地下室；裂缝控制；跳仓法
引言
根据《混凝土结构设计规范》GB50010的要求，剪力墙结构长度大于45米、框架结构长度大于55米，埋在土里的地下室结构大于30米，就需要考虑设置结构伸缩缝。但是结构缝的设置往往与建筑平面使用功能、立面效果等冲突。所以结构设计时，须按建筑要求不设缝或者少设缝，致使出现超长结构。特别是地下室设缝一般会对建筑使用功能造成不良影响，而且地下室变形缝处止水的处理难度较大，施工不当就会产生渗漏现象。
超长结构设计在当前工程项目中已经广泛应用，笔者结合自身多年从事结构设计工作的经验，阐述对地下车库超长混凝土结构无缝设计的实践与思考，以为添砖加瓦。
一、工程背景资料
图一某地下停车场建筑剖面示意
某地下汽车库为某大型主题公园的附属工程，地下室建筑面积为39955平方米，总长243.6米，总宽161.6米，柱网8.4×8.1m。工程属于特大型地下小型车汽车库。地下车库上部为地面停车场，可停纳220辆大巴士、近千辆小型汽车、以及400多辆摩托车和非机动车，上部部分区域为绿化景观，结构顶板上覆土1.5米。地下车库坡道出入口、地下车库人行疏散楼梯与通风竖井出地面部分皆为封闭式建筑物。笔者承担了该项目的结构设计工作。
二地下室主体结构设计
为保障工程质量，保证其工程设计的安全性与经济性，主体结构设计上，针对该工程项目，通过结构方案的比选，采取了以下设计思路：
1、地下室主体结构采用板柱-剪力墙结构。与一般梁板框架结构比较，可明显降低层高，该地下室设计层高最终仅3.3米，顶板厚450mm，净空高度2850mm，就能满足设备安装完成后，通道最小净高2.2米的规范要求。这样，基坑开挖深度减到最小，基坑围护也相应简单经济，更能缩短工期。综合造价节省，包括节省基坑支护、施工降水、挖填方、抗浮措施（因体积缩小，浮力相应减小）、结构混凝土工程量、外防水工程量，以及消防、通风的工程量等。经项目结构多方案比对，在同样有效净高情况下，可比框架结构降低建筑综合造价约5%~10%。
2、采用现浇板空心楼盖体系。与一般梁板体系楼板比较，模板用量和裁损降低20%，节省竖向结构构件、水电管线、空调、外防水、内墙装饰等费用5%~7%；与板柱结构实心楼板比较，降低了楼板混凝土的总重量，由于自重降低很多，支承楼板的柱、墙和基础荷载就相应减少很多，这样又可以减少相应构件截面和配筋。
依据现浇空心楼盖自身的结构优点，其刚度相对较大、自重较轻，理论上，根据裂缝计算公式，裂缝控制就较优越。目前混凝土空心楼盖的施工技术已相当成熟，施工过程中，橡胶气囊内模利用井字形定位钢筋，可有效控制混凝土浇捣引发的上浮现象。同时由于楼盖内部的空腔，能部分消解混凝土在凝固过程中的体积收缩及水泥水化热引起的混凝土构件内外温差，一定程度地降低了混凝土收缩裂缝出现的可能性。
3、本工程采用强度等级C30，防水等级S6的密实混凝土自防水，同时地下室外墙面设置封闭的防水卷材，通过多道防线来防止地下室渗漏。
三超长地下室结构裂缝的产生原因及设计应对措施
1、外部荷载作用下的结构内应力引起的相应结构构件的裂缝。外部荷载主要有上部结构及地下室顶板上的荷载、混凝土构件自重、地震水平荷载、地下室侧向土压力、地下水压力、地下水浮力等等。这些外部荷载作用均能够利用科学的内力分析、通过有效的结构计算来定量分析，以确定其作用机理，然后按结构抗裂度要求，通过合理的配筋把裂缝宽度控制在标准允许范围内；
2、建（构）筑物不均匀沉降导致结构产生附加应力引起的构件裂缝。对于超长地下室结构，其不均匀沉降的控制是设计工作中的重点和难点，必须引起设计人员足够的重视。建（构）筑物不均匀沉降的控制，首先，应该依据地质勘查报告所提供的参数，判断并选择地基土持力层或桩基础持力层，以及合理布桩等概念性设计措施，以减少不均匀沉降的几率。其次，通过结构设计软件精确计算建（构）筑物的沉降量和沉降差，以有效控制不均匀沉降的沉降差，从而达到裂缝控制的目的；
3、施工环境温度变化、水泥水化热、混凝土干缩等综合因素产生的拉应力导致的构件裂缝。通常，此类影响因素均由施工单位在编制施工方案时予以考虑解决，但如果设计人员在设计时，能够掌握一些施工技术，特别是要掌握有关裂缝控制的科研成果，将以上影响因素分别依次定性、定量计算并予以综合分析，抓住问题的症结，针对性地采取相应的措施，是超长混凝土结构无缝设计的关键所在。
该项目在设计过程中对温度应力的定量分析，采用了中科院PKPM系列的PMSAP软件进行温度应力的计算分析。PMSAP软件采用有限元计算温度应力，结构构件的温度变化对结构的内力、变形的作用，其简化为等效荷载的作用来进行计算分析。根据PMSAP软件手册，在数据输入时，其荷载组合系数按樊小卿在《温度作用与结构设计》一书中的理论，取1.3（分项系数）×0.6（组合系数）。
但由于温度应力作用的复杂性以及计算模型简化的局限性，所以软件计算结果更多的是提供参考作用。事实上，结构构件的构造措施和结构施工的工艺措施也极其重要。对于超长混凝土结构变形而言，温度引起的结构变形占比较大，是起控制作用的主要因素之一，在构造措施和施工工艺措施上，遵照《全国民用建筑工程设计技术措施》结构篇的相关技术措施，予以足够重视。
四结构设计总说明对施工方案的指导作用
超长混凝土结构的设计，通常采用设置变形缝或后浇带的措施克服混凝土线性收缩的累积，以避免裂缝的产生。作为地下停车场，设缝的成本相对较高，且工艺也更为复杂，设后浇带显然比较合理。然而，该项目由于涉及主题公园的开业，日期不能更改，因此留给设计、施工的工期无多，若设置后浇带，则必然无法按期竣工。于是，如何在不留后浇带的情况下，确保结构不产生裂缝，成了该项目结构设计成功与否的关键。
笔者应用概念设计的理念，在对待裂缝的“抗”与“放”的选择上，按照王铁梦“先放后抗，抗放兼施，以抗为主”的设计原则，采取“分块跳仓浇筑”综合技术措施。确保在混凝土不开裂的前提下能够相应缩短施工工期。
经研究分析，决定在结构设计总说明中详细交代以下内容。
图二跳仓平面示意
1、将整个地下室结构划分成四个区段，每一区段约60米左右，区段与区段之间留设2米宽的间歇式膨胀加强带，按照所分区段，施工平行流水、立体交叉，以缩短工期。
2、每个区段采用“分块跳仓”浇筑，将每一部分再划分成5仓，每仓浇灌长度约32m（如图二）。施工时，应先浇筑跳仓区（图二，斜线阴影部位）混凝土，然后再浇筑封仓区（图二，无阴影部位）混凝土，最后浇筑膨胀加强带混凝土（图二，密阴影部位）。其中，跳仓区与封仓区相邻两仓浇筑的时间间隔应不少于七天，以避开混凝土初期水泥水化热温度最高时段的热膨胀效应；膨胀加强带混凝土应在相邻封仓区浇筑28天后浇筑，以使区段间混凝土尽可能地收缩。
3、在区段与区段之间、仓与仓之间的施工缝，均设置十字型钢板止水带，并用钢筋支架与结构钢筋骨架焊接固定，确保止水带止水效果可靠。
这种分块跳仓浇筑的设计采用了短距离释放应力的办法，以应对混凝土早期涨缩的问题，待混凝土充分收缩后，再浇筑中间仓形成整体的措施，在后来的施工过程中，得到了施工单位实际的应用，并在规定的工期内，圆满完成项目的主体结构。使王铁梦“抗、放”的工程结构裂缝控制思想在超长地下室结构施工中得到了很好地贯彻。
结语：
地下室裂缝出现的原因繁杂多样，尤其是超长混凝土结构，更是由于各种材料、环境等因素影响易于造成的裂缝出现。因此，在实际工作中应以概念设计的思想，先对裂缝出现的原因进行深入分析，尽可能释放或抵消混凝土自身所产生的应力，降低混凝土收缩变形，强化混凝土构件的抗裂性，及时对施工的浇筑混凝土进行必要的养护，达到有效控制超长地下室结构的裂缝产生的目的。
谨以《工程结构裂缝控制-“王铁梦法”应用实例集》扉页的引言：“循规范而不泥条文，脱规范而顺合自然”，与不断探索自然规律而敢于创新的同行共勉。
参考文献：
[1]王铁梦著.《工程结构裂缝控制》.中国建筑工业出版社，2002.
[2]邱则有著.《现浇混凝土空心楼盖》.中国建筑工业出版社，2007.
[3]徐荣年、徐欣磊编著.《工程结构裂缝控制-“王铁梦法”应用实例集》.中国建筑工业出版社，2005.