高層住宅樓不合理立面造型的危害及防治措施

郭振華

(上海建浩工程顧問有限公司，上海 200030)

高層住宅樓不合理立面造型的危害及防治措施

郭振華

(上海建浩工程顧問有限公司，上海 200030)

通過對某高層住宅樓地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的大量方向一致的規(guī)則裂縫的深入分析，強(qiáng)調(diào)了高層住宅樓不合理立面組合可能給地下室結(jié)構(gòu)帶來的不良后果，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工等方面提出了相應(yīng)的防治措施，以保證地下室結(jié)構(gòu)的安全。

立面造型，不均勻沉降，規(guī)則裂縫

1 工程概況

無錫某區(qū)一處高層住宅由地上和地下兩部分結(jié)構(gòu)組成。地上結(jié)構(gòu)由25層剪力墻結(jié)構(gòu)的1號、2號兩棟高層塔樓和5層框架結(jié)構(gòu)的3號樓組成。在平面布局上，3號樓在中間，1號和2號塔樓在兩端，基本上呈一字形對稱排列，在立面造型上形成兩邊高、中間低的對稱形式。該單位工程建筑面積為31 482．2 m2，其中地下單層人防地下室建筑面積為7 696 m2，1號、2號樓的建筑高度分別為78．25 m，3號樓的建筑高度為18．25 m。

該人防地下室采用了鉆孔灌注樁地基，分為抗拔樁及抗壓樁。其中抗壓樁型為KZHb700-40-13，樁長度為40 m，單樁承載力極限值為4 800 kN，混凝土強(qiáng)度為C35，樁端的持力層為⑧-2層粉質(zhì)粘土，樁端進(jìn)入持力層深度不小于2．10 m。整個(gè)地下室寬度為48 m，長度為170．8 m，采用筏板基礎(chǔ)。位于地下室兩端的1號、2號高層塔樓地下室筏板厚度為130 cm，其余部分筏板厚度為50 cm。地下室外墻厚度為40 cm，臨空墻厚度為30 cm，40 cm;地下室頂板厚度為30 cm。1號和2號高層塔樓之間的地下室長度為84．4 m，而3號樓框架結(jié)構(gòu)貫穿于其中間部位。3號樓框架結(jié)構(gòu)寬度為13．9 m，沿其框架結(jié)構(gòu)長度方向設(shè)兩道變形縫，間距為22．8 m。1號、2號樓地下室結(jié)構(gòu)區(qū)域與3號樓地下室交界部位均采用沉降后澆帶做法，其寬度為100 cm，鋼筋為連續(xù)綁扎。另外，整個(gè)地下室底板和頂板設(shè)置了四道橫向溫度后澆帶，沿其長度方向均勻布置，后澆帶寬度為100 cm。地下室結(jié)構(gòu)采用抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級為 S8，纖維用量為0．9 kg/m3，纖維長度為19 mm(聚丙烯)。地下室結(jié)構(gòu)采用Ⅲ級鋼，底板、墻柱、梁及頂板混凝土強(qiáng)度等級均為C30，沉降后澆帶及溫度后澆帶混凝土強(qiáng)度等級為C35，為微膨脹混凝土。

2 地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫情況

該工程于2010年上半年開始施工。2010年下半年，在3號樓地上5層主體結(jié)構(gòu)施工完成及塔樓1號和2號樓施工至第17，18層時(shí)，發(fā)現(xiàn)該地下室結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)有規(guī)則的裂縫現(xiàn)象，并且隨著塔樓1號、2號樓結(jié)構(gòu)的繼續(xù)向上施工及時(shí)間推移，地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的有規(guī)則裂縫越來越多。2011年1月，塔樓1號、2號樓25層主體結(jié)構(gòu)全部封頂。在2011年3月施工方完成了地下室沉降后澆帶混凝土澆筑后，地下室結(jié)構(gòu)有規(guī)則裂縫仍然繼續(xù)發(fā)展。

從現(xiàn)場勘查看，該工程地下室結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生在3號樓區(qū)域范圍內(nèi)，地下室底板、墻體、頂板都有裂縫出現(xiàn)。從出現(xiàn)的裂縫特征看，地下室頂板出現(xiàn)了大量裂縫，地下室底板和墻體裂縫相對較少，且底板后澆帶部位也出現(xiàn)了裂縫，所有裂縫的展開方向基本上是沿著地下室結(jié)構(gòu)的寬度方向，很有規(guī)則性，且裂縫穿透了地下室頂板，造成了地下室結(jié)構(gòu)嚴(yán)重滲漏水。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，地下室裂縫總長度超過了800 m。

3 地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫原因分析

根據(jù)該工程地下室結(jié)構(gòu)有規(guī)則裂縫發(fā)生的實(shí)際情況看，主要是樓的整體地基產(chǎn)生嚴(yán)重不均勻沉降造成的。該工程結(jié)構(gòu)的兩端是25層的1號、2號樓高層結(jié)構(gòu)，而中間是3號樓的5層框架結(jié)構(gòu)，且1號、2號樓之間的距離較大(84．4 m)，形成了典型的“兩頭沉”受力機(jī)理狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理上，地下室的底板、頂板后澆帶部位鋼筋未斷開，并隨著1號、2號樓的結(jié)構(gòu)施工及重量荷載的加大，引起了1號、2號樓和3號樓之間沉降的不均勻，造成了地下室結(jié)構(gòu)大量裂縫的出現(xiàn)。

從該工程設(shè)計(jì)平面布局及立面造型上推斷，該工程地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的根本原因，是結(jié)構(gòu)的高低層相差過于懸殊、兩個(gè)高層樓(1號、2號)距離過大、夾在其間的3號樓地下室底板和頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼筋在后澆帶部位未斷開及高低樓施工未充分考慮時(shí)間差等因素聯(lián)合起作用，形成了一種“扁擔(dān)挑水”受力機(jī)理狀態(tài)，由于“扁擔(dān)”兩端荷載過大且“扁擔(dān)”又細(xì)長、剛度不足，使得“扁擔(dān)”產(chǎn)生了嚴(yán)重下彎變形。為此，預(yù)防地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻沉降是解決該工程地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的根本方法。

4 防止地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降的措施

4．1 做好地基基礎(chǔ)的合理設(shè)計(jì)

4．1．1 地基基礎(chǔ)承載能力確定

地基土在荷載作用下將產(chǎn)生相應(yīng)變形，荷載增大到一定程度時(shí)，土體便會因剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。地基土的剪切破壞，對建筑物的危害性較大。另一方面，不均勻的地基變形如果超過了建筑物所容許的限度，建筑結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生開裂。所以，地基容許承載力的確定，不僅要考慮地基土本身的特性，而且涉及建筑物容許變形值的問題。在設(shè)計(jì)前就要通過統(tǒng)計(jì)分析，或參考《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中提供的承載力表值，或借鑒條件相近的已有建筑物的成功經(jīng)驗(yàn)，來確定總結(jié)出各種特性土在某種條件下適用的容許承載力數(shù)值。

4．1．2 基礎(chǔ)埋深控制

《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》中，要求高層建筑基礎(chǔ)埋深必須滿足地基變形和穩(wěn)定的要求，以減少建筑的不均勻沉降及整體傾斜。對有樁的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深不宜小于建筑物高度的1/20。

4．2 做好高低樓層立面組合比例的合理控制及施工間歇安排

實(shí)踐表明，樓立面體型比例不合理常常是削弱建筑物整體剛度和加劇不均勻沉降的重要因素。建筑物立面的高低變化太大，地基各部分所受到的荷載輕重不同，自然也容易出現(xiàn)大量的不均勻沉降，最終不可避免地造成地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

在實(shí)際中，在做好地基基礎(chǔ)合理設(shè)計(jì)的條件下，要注意適當(dāng)處理好建筑立面高低變化比例也是十分必要的，這樣可以盡可能地減少地基基礎(chǔ)出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻沉降后果，不能只為立面造型的美觀和變化獨(dú)特，而忽視了由其可能帶來的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不均勻沉降的不利因素。本工程的1號、2號樓是25層高層樓，而夾在其中間的3號樓是5層框架結(jié)構(gòu)，高低比例嚴(yán)重失調(diào)，并且1號、2號樓之間的距離過長(84．4 m)，使得夾在其中的3號樓的長高比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3，造成了整個(gè)工程結(jié)構(gòu)形成了一種“扁擔(dān)挑水”受力機(jī)理狀態(tài)，兩頭“水桶”荷載過大且“扁擔(dān)”又細(xì)長，導(dǎo)致地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了大量展開方向基本一致的結(jié)構(gòu)裂縫。

另外，當(dāng)擬建的相鄰建筑物之間輕重和高低相差懸殊時(shí)，最好按照先重后輕的程序進(jìn)行施工;有時(shí)還需在重建筑物竣工后間歇一段時(shí)間，然后再建造輕的臨近建筑物，而間歇時(shí)間的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是對重或高層建筑物的沉降觀測數(shù)據(jù)，即沉降觀測值變化趨于穩(wěn)定的某較小值。如果重或高的主體建筑物與輕的或矮的附屬建筑物相連時(shí)，也應(yīng)按上述原則處理。該工程在施工過程中，為趕工期而采取了高層樓與低層樓同步施工方式，未考慮優(yōu)先施工高層、間隔一段時(shí)間后再施工低層部位的做法，致使整體地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了由于不均勻沉降而造成的規(guī)則裂縫。

4．3 有效做好施工過程中地基不均勻沉降觀測

在地下室施工之前，應(yīng)委托具有相應(yīng)資質(zhì)的沉降觀測單位，根據(jù)工程實(shí)際情況編制可行的沉降觀測方案。在地下室及地上結(jié)構(gòu)施工過程中，沉降觀測單位依據(jù)沉降觀測方案進(jìn)行定期地有效地觀測地基沉降情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻沉降現(xiàn)象，防止過大的不均勻沉降給地下結(jié)構(gòu)造成的損害。

4．4 做好地下室沉降后澆帶施工

在進(jìn)行地下及地上結(jié)構(gòu)施工過程中，如果沉降后澆帶施工的不好也會給地下室結(jié)構(gòu)造成裂縫缺陷。該工程在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)施工過程中，底板和頂板的沉降后澆帶部位鋼筋未斷開，將1號、2號樓及3號樓地下室結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體。隨著地上高層結(jié)構(gòu)的不斷升高，產(chǎn)生了整體地下室結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，即位于中間部位的3號樓地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向上隆起的彎曲變形，最終造成3號樓地下室結(jié)構(gòu)逐步出現(xiàn)大量有規(guī)則的結(jié)構(gòu)裂縫。

在遇到地上建筑物立面造型比例失衡、復(fù)雜的工程時(shí)，在進(jìn)行其地下室結(jié)構(gòu)施工處理上，應(yīng)將整體地下室沉降后澆帶部位鋼筋錯開50%斷開(或采用沉降縫處理形式)，這樣可以有效起到沉降后澆帶抵消地基不均勻沉降可能帶來的不利影響。當(dāng)高層樓主體結(jié)構(gòu)封頂且沉降觀測指標(biāo)基本趨于穩(wěn)定時(shí)，再考慮進(jìn)行整體地下室沉降后澆帶部位施工。

在澆筑沉降后澆帶混凝土之前，首先要采用搭接焊方法將沉降后澆帶部位斷開的鋼筋再連接起來，之后再澆筑提高一個(gè)強(qiáng)度等級的膨脹混凝土。通過這種處理方式，會減少立面造型比例失衡、復(fù)雜的建筑物地下室結(jié)構(gòu)由于嚴(yán)重的不均勻沉降而帶來的規(guī)則結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。

5 結(jié)語

中國現(xiàn)代化的發(fā)展步伐催生了城市化的快速擴(kuò)張，大量的高層住宅樓拔地而起。在高層住宅樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，在追求立面造型美觀的同時(shí)，也要確保立面造型比例的合理性，這是十分必要的。另外，施工單位在編制高層樓地下室結(jié)構(gòu)施工方案時(shí)，要充分考慮地上結(jié)構(gòu)立面造型這一因素或其特殊性，因地制宜地采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施，減少高層住宅樓不合理的立面造型可能給其地下室結(jié)構(gòu)所帶來的危害。

［1］郭中華，呂學(xué)敏．高層房屋建筑基礎(chǔ)不均勻沉降的原因分析及措施研究［J］．裝飾理論，2001(3)：92-93．

［2］麻延軍．建筑地基不均勻沉降原因與設(shè)計(jì)探討［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009(34)：67-69．

［3］劉曉輝．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因分析［J］．山西建筑，2011，37(14)：42-43．

Irrational vertical shape hazards and preventive measures of high-rise residential buildings

GUO Zhen-hua

(Shanghai Jianhao Engineering Consulting Co．，Ltd，Shanghai 200030，China)

Through analyzing regular basement cracks of the high-rise residential building，the paper emphasizes irrational vertical structure hazards of high-rise residential building，and puts forward corresponding preventive measures from aspects of structural design and construction，in order to guarantee the basement safety．

vertical shape，uneven settlement，regular cracks

TU318

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.109

1009-6825(2013)10-0030-02

2013-01-12

郭振華(1964-)，男，工程師，全國注冊監(jiān)理工程師