陈焕恩 周培厚
广州瀚华建筑设计有限公司
摘要：地下室不受日照的影响，季节温差的影响比上部结构小，因此分缝间距可比上部结构更大一些。一般来说，只要采取适当的技术措施，将地下室的不分缝长度放宽至120～150m是可行的。天河区某项目，地下室东西长200m，南北长150m，为超长地下室。根据建筑及人防使用功能不能设缝的要求，故在200m方向跨中的位置设置了以弯曲变形为主的变形能力较强的U形槽。地下室施工完成后，在变形槽范围内出现了不同程度的裂缝。本文结合变形槽的受力原理，分析了裂缝出现的原因并给出处理方案。
关键词：伸缩缝、U形槽、裂缝
Abstract：The basement is not affected by sunshine, and the influence of seasonal temperature difference is smaller than that of the superstructure, so the joint spacing can be larger than that of the superstructure. Generally speaking, as long as appropriate technical measures are taken, it is feasible to extend the length of the basement to 120-150m. The basement of a project in Tianhe District is 200m long from east to west and 150m long from north to south, which is super long. According to the requirement that the building and civil air defense function can't set joints, the U-shaped groove with strong deformation ability is set at the middle of the span in the direction of 200m. After the completion of basement construction, there are different degrees of cracks in the deformation groove. In this paper, combined with the stress principle of deformation groove, the causes of cracks are analyzed and the treatment scheme is given.
Keyword：expansion joint、u-groove、crack
一、工程概况：
该项目位于广州市天河区广氮地块。设置两层地下室，地下室负一层采用无梁楼盖，顶板采用梁板式楼盖。地下室东西长200m，南北长150m，为超长地下室。而根据建筑及人防使用功能要求不能设缝，故在200m方向大概跨中的设置了以弯曲变形为主的变形能力较强的U形槽（图1、图2）。在项目完工后，地下室负一层楼面、负一层U形槽凹角位、底板U形槽楼面处局部位置出现裂缝。
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二、U形槽变形原理
1、分缝原则
目前有很多工程出现超大型的地下室，其长度达到200m甚至300m。按照《高规》第4.3.12条的规定，伸缩缝的最大间距不宜超过55m（框架结构）和45m（剪力墙结构）；同时《高规》第4.3.13条也规定了当采取适当的构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时，可适当放宽伸缩缝的间距。而实际上，目前很多设计都突破了《高规》第4.3.12条的规定，也有较多成功的经验。说明只要采取适当的技术措施，突破规范所规定的伸缩缝最大间距是可行的。地下室不受日照的影响，季节温差的影响比上部结构小，因此分缝间距可比上部结构更大一些，一般来说，只要采取适当的技术措施将地下室的不分缝长度放宽至120～150m是可行的。
楼盖不分缝的最大长度一般控制在100～150m，如超出此值则建议分缝，分缝间距一般控制在100m内。分缝间距与底板受约束的情况有关。如底板下为坚硬土层或岩层，底板变形会受到岩石的摩擦约束，此时应将分缝间距适当减小，必要时需采取措施（如采取柔性防水，在底板与岩层间加一层砂层等）减少底板与岩石的摩擦效应，如底板下为较软的土层，则其约束较小，分缝间距可适当放松。
2、U型槽的基本原理和设计思路
U型槽的构造做法如图3所示。此节点的原理是将楼盖分缝部分做成U型结构，利用U型结构的弯曲变形能力远大于楼板拉压变形能力的原理来释放砼收缩和温差产生的楼板应力，从而起到有效减少楼板开裂风险的作用。其本质相当于分缝，但解决了分缝会直接透水及影响防火分区划分的问题。设计思路为参照王铁梦的裂缝著作中的方法，估算U型槽两侧楼板的总变形，然后根据变形计算U型槽内力，按内力配置其受力钢筋。受力钢筋主要保证U型槽在正常使用时，不会有过大开裂。U型槽计算模型示意如图4所示。U型槽工作时是允许其一定程度进入塑性的，故其角部受力较大处会在正常使用中开裂甚至渗漏。可通过设置外防水及沟内的疏水材料来进行防渗和疏排水处理。以保证沟内渗水不影响建筑正常使用。
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3.力学模型
按此计算模型，在拉力100kN作用下，结构的变形△1=2.8mm，且结构变形△1与拉力N成正比关系，与U型结构的抗弯刚度EI成反比，在拉力N=100kN作用下，U型结构的弹性弯距为72.9kN·m，按此弯距配筋达到Φ14@100，若考虑U型结构配筋不变的情况下让U型结构板进入塑性状态，即降低U型结构的抗弯刚度，假设进入塑性状态后U型结构的刚度取原有刚度的1/3，则△1=3×2.8=8.4mm，这个变形是否能满足结构变形的需要呢？
假设结构的分缝长度为100m，季节温差20℃，假设底板不受约束可以自由变形，混凝土的热膨胀系数取10×10-6/℃，则板边缘的最大变形△为
△=10×10-6×20×50×103=10mm>△1=8.4mm
而实际上，板的变形会受到竖向构件（剪力墙、柱）及板底土层摩擦的约束，实际变形应小于此数，粗略地按80%估计，收缩变形△=6.7mm<△1，即U型结构的变形能力能满足结构的变形要求。
4.其他构造措施
U型结构为整个地下室楼盖的薄弱环节，在温差作用下，U型结构受拉节点将进入塑性状态，转角处的裂缝宽度可能会增大。在顶板和底板位置的U型结构，渗漏的可能性增大，因此在U型结构外围做一层卷材防水层能有效地为结构提供保护，同时将U型结构做成排水沟，将可能渗入的水排到集水井再排出。U型结构只能部分解决砼收缩应力及温度应力对开裂的影响。混凝土的收缩仍需通过设置后浇带来消除其前期约50%~60%的收缩变形，同时还需适当配置通长的抗裂钢筋、加强地下室砼的养护、改善砼的配合比等措施来综合应对地下室结构的变形开裂问题。
三、现场裂缝情况
经过对裂缝进行现场察看，发现裂缝存在以下特点：
1、负一层U型槽位置建筑面层出现沿变形槽方向通长裂缝，结构板底未见对应裂缝（图5）；
2、底板U型槽位置建筑面层出现局部裂缝（图6）；
3、负一层U型槽凹角位置出现平行于变形槽走向的局部裂缝（图7、图8）；
4、U型槽两侧梁上未见结构裂缝；
5、地下室除变形槽的其他地方未出现裂缝。
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四、裂缝形成原因分析
1、经复核，U型槽配筋及截面均能满足受力及规范要求，不存在承载力不够的问题。
2、根据现场裂缝情况，裂缝分为两大类。一类是建筑面层出现的局部或通长裂缝，该类裂缝仅为建筑面层开裂，未延伸至结构板面，不影响结构安全。另一类裂缝为变形槽凹角位局部裂缝，该裂缝为收缩裂缝，属于非结构受力裂缝，不影响结构安全。收缩裂缝产生主要是由混凝土的干缩、结构内外温差和大面积混凝土收缩的集中应力造成的。特别是本工程为超长地下室，东西长200m，南北长150m，远远超出了《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）中钢筋混凝土结构伸缩缝间距55m的要求，而根据建筑及人防使用功能要求不能设缝，故设计时设置了以弯曲变形为主的变形能力较强的U形槽，该处往往为收缩应力集中部位，为收缩裂缝最先出现的部位，是正常的现象，U形槽处产生裂缝后不会影响结构安全。只有此处产生变形，才能有效地释放收缩应力。设置U形槽的目的就是主动的控制地下室裂缝出现的位置和数量，减少使用中不会在其他位置出现因为收缩应力而产生不可预测的裂缝，影响结构的正常使用。
五、结论
由于U型槽本质相当于分缝，故其沟顶盖板的接缝处必然会随着楼板的收缩和膨胀而发生缝宽的变化，该处不属于结构开裂，而是相当于分缝处缝宽的正常变化而已。对结构安全及正常使用是完全没有影响的。外观上可适当处理，以消除感观上的不适。U型槽有效减少了楼板的开裂风险。
六、处理方案
为保证地下室车库不因为裂缝而影响其使用功能，可采用如下处理方案：
1、地下室建筑面层在变形槽处的裂缝处理措施如下：
（1）凿除U型槽处的地面细石砼（宽800mm）；
（2）原结构面铺设油毡或塑料薄膜隔离层；
（3）重新浇筑C25细石砼，内配Φ4@150x150钢筋网片，新浇砼两侧与原细砼沿U型槽方向留设25mm伸缩缝，内填油膏；具体详图9所示。
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2、负一层U型槽凹角处裂缝应采用改性环氧灌浆液注浆封堵。该产品各项性能须满足国家相关规范要求，且应通过业主、设计、监理验收同意。补强堵漏施工须由具有相关资质单位施工。裂缝应凿成“V”型槽，清理干净杂物。砼结构表面应充分湿润。
参考文献：
1.《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）
2. 王铁梦《工程结构裂缝控制》