浅议解决高层建筑结构差异沉降的方法

 
时间日期:2003-11-24        已被阅读次:[2482]
 
广东省六建集团有限企业 张翊恒

[摘 要] 阐述三种解决高层建筑结构差异沉降的方法,比较这三种方法的优、缺点。
[关键词] 高层建筑 差异沉降 处理方法
随着城市用地的日益紧张和建筑施工技术的不断发展,高层建筑日益增多。高层建筑通常由主(塔)楼和裙楼构成,这种情况使有可能使地基承受不均匀的竖向荷载而造成了结构的差异沉降。所以,对于高层建筑的设计和施工,必须考虑差异沉降的问题。目前,处理差异沉降的方法都是以“放”为多,以“抗”为少,下面阐述几种处理差异沉降的主要方法:
  1 设置沉降缝
  处理差异沉降惯用方法为设置沉降缝,这是一种纯粹的“放”的方法。
  1.1 沉降缝设计原理
  沿高层建筑主、裙楼交接处设沉降缝。沉降缝自上而下(基础也要断开)将主楼和裙楼分隔成各自独立的结构单元,相邻结构单元之间的差异沉降并不相互影响,不会由此产生结构内力。
  主楼的沉降量一般要比裙楼的沉降量要大,基础施工前可先分别估算主楼单元及裙楼单元各自的沉降量,在施工时适当调高主楼楼面相对高度和适当调低裙楼楼面相对高度,使两者在经历了整个沉降过程后变为一致。
  1.2 构造
  沉降缝的宽度一般为100mm,并且应符合抗震缝的要求。用盖板覆盖,缝顶处要覆盖密实,防止雨水渗入,构造大样见图1。
  1.3 优点
  沉降缝的优点在于设计思路简单,无需考虑抵抗不均匀沉降引起的结构内力。
  1.4 缺点
  1.4.1 设沉降缝的缺点在于会出现双柱、双墙、双梁,建筑平面的使用受到了限制。
  1.4.2 沉降缝宽度只有100mm,缝两侧的隔墙很难做防水处理,如果沉降缝没有被封盖密实,很容易造成雨水渗入而潮湿隔墙。
  2 设置施工后浇带
  施工后浇带能够有效解决上述沉降缝的缺点,这是一种先“放”后“抗”的方法。
  2.1 施工后浇带设计原理
  后浇带的位置通常设在主楼和裙楼交接处附近结构受力较小的部位(如梁、板的反弯点处)。在分别浇筑主楼和裙楼主体单元时,从基础梁到上部结构的梁和板都预留出施工后浇带,待主楼和裙楼的主体分别完工后,再用膨胀混凝土将两部分连接起来,使两侧地梁、上部梁和板连接成一个整体。这样做的目的是为了把高层与低层的差异沉降先“放”一部分,一般情况下,高层主楼完成后,两部分的沉降量已完成最终沉降量的60~80%,剩下的沉降量就小很多了,这时再完成施工后浇带的混凝土,二者余下部分差异沉降引起的结构内力,可由结构自行调整。
  2.2 构造
  后浇带宽度一般为700~1000mm,实践中较多采用1000mm。后浇带处钢筋可断也可不断,构造大样见图2。后浇带一般做成企口式,无论何种形式,后浇带在补浇混凝土前必须凿毛并清理干净。后浇带从预留到浇筑的时间当然越长越好,但为了在施工期间不影响设备安装,一般不应少于40天,最宜60天。
  2.3 后浇带的填充
  后浇带的填充材料宜采用浇筑水泥、微膨胀水泥或普通水泥加铝粉等配制的混凝土。当施工现场缺乏这类水泥时,也可采用普通水泥混凝土,但要求混凝土强度等级比原来高一级,潮湿养护不少于15天。
  2.4 优点
  施工后浇带的优点就是在于完全解决了设缝的弊端。
  2.5 缺点
  在实际施工操作中,后浇带往往带来一些问题,主要有以下几点:
  2.5.1 留于基础底板上的后浇带,将历经整个结构施工的全过程,直至结构封顶。对于高层建筑,这段时间很长,在这段时间内,后浇带中将不可避免地掉进各种各样的垃圾杂物,由于底板钢筋较粗较密,再加上局部加强筋,使得清理工作非常艰难,若不清理干净,必然影响后浇混凝土的质量。
  2.5.2 后浇带贯穿整个地下、地上结构,所到之处遇梁断梁,遇板断板,给施工带来很多不便,影响施工进度。
  2.5.3 在后浇带补浇混凝土前,需将两侧混凝土凿毛,施工非常困难;而底板混凝土与后浇带混凝土浇筑时间间隔数月,新旧混凝土的粘结强度很难保证;又由于浇筑时间差,造成底板混凝土的干缩极易在新旧混凝土的连接处产生裂缝。设置施工后浇带的初衷是防止底板裂缝的产生,而后浇带处理不好却人为地在每条后浇带处造成两条贯穿裂缝,引起漏水。
  2.5.4 在软土地基或地下水位高的情况,须长时间降水。
  2.5.5 后浇带将底板分成若干块,底板抗水平力的能力大大削弱,底板的移动还可导致上部结构的位移,因此必须采用特殊措施确保底板稳定性。
  3 完全以“抗”的方法抵御地基不均匀沉降引起的结构内力
  不论是用沉降缝还是施工后浇带处理不均匀沉降问题,都有其各自的弊端,如果条件允许,大家可以考虑采用“抗”的方法——通过合理的设计配筋、合理的混凝土强度等级,以结构本身抵御不均匀沉降引起的结构内力。
  3.1 取消沉降缝或后浇带的理论依据
  3.1.1 如果地基的天然地质条件较好的话,或者采用桩基打入较坚硬的岩层,地基的绝对沉降量很小,那么差异沉降也不会大,所产生的结构内力也较小,设置沉降缝或施工后浇带显得大材小用。
  3.1.2 根据实测,基础的差异沉降与基础的整体刚度有明显的关系,联合为一体的基础的差异沉降远小于以后浇带或沉降缝分离的基础。
  3.2 如何取消沉降缝或施工后浇带
  沉降缝或施工后浇带都是采用以“放”为主的原理来处理基础差异沉降的,而大家可以改变观念,改用以“抗”的手段来处理。
  主、裙楼荷载差异虽然很大,但如果都建在桩基或改良的地基上(包括坚硬的天然地基),可利用桩基和坚硬地基调整主、裙楼的沉降,使主、裙楼的差异沉降控制在较小范围;还可以利用大底板联合基础的整体性调整差异沉降,确保主、裙楼在整体基础上具有较小的差异沉降。但需要通过计算和分析,加强变截面处的抗弯刚度和配筋,控制工程在封顶后的最终沉降在20~30mm的范围以内。
  3.3 优点”
  完全以“抗”的方法解决不均匀沉降问题的优点在于:完全避开了以上所述设置沉降缝或施工后浇带所带来的弊端。
  3.4 缺点
  3.4.1 采用“抗”的方法对地基的地质条件要求较高,并不是任何工程均可采用的。
  3.4.2 采用“抗”的方法较设置沉降缝或施工后浇带更为冒险,要求结构设计人员有丰富的经验并进行精确的计算。
  3.4.3 采用这种处理手段在很多时候无疑须增大基础的尺寸,或加强变截面处的配筋,或提高混凝土的强度等级,也就是说会加大了工程的经济成本。
  4 结束语
上述三种处理高层建筑不均匀沉降的方法,各有长短,在实际工作中应采用何种方法较 为合理,要因事制宜,根据地质条件、经济成本、工期等因素综合考虑。只要考虑得当,总会选出最佳的处理方案的。

     
 
 
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