冷庫建筑結(jié)構(gòu)的抗裂設(shè)計(jì)與施工技術(shù)措施研究★

陳俊賓 方光秀*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

冷庫建筑結(jié)構(gòu)的抗裂設(shè)計(jì)與施工技術(shù)措施研究★

陳俊賓 方光秀*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

以吉林省延吉市某冷庫建設(shè)項(xiàng)目為例，針對(duì)建筑外墻開裂和地基土壤凍脹開裂等質(zhì)量通病，提出了自承重外墻、錨系梁以及架空層的設(shè)計(jì)方案，闡述了在冷庫錨系梁施工中的質(zhì)量控制點(diǎn)以及加強(qiáng)技術(shù)措施，經(jīng)分項(xiàng)工程驗(yàn)收表明，錨系梁的質(zhì)量通病得到了有效控制。

冷庫建筑，錨系梁，架空層，質(zhì)量控制

冷庫建筑被廣泛應(yīng)用于對(duì)食品、植物、藥品等的儲(chǔ)藏。因此，冷庫建筑的設(shè)計(jì)占有十分重要的地位。但是，由于冷庫自身制冷的特點(diǎn)使得冷庫建筑的設(shè)計(jì)不同于其他一般建筑的設(shè)計(jì)。首先，冷庫建筑要始終保持著內(nèi)部溫度比外部溫度低的特點(diǎn)，使得即便在特別寒冷地區(qū)的冬天，冷庫建筑內(nèi)部與外界溫度對(duì)流時(shí)，也會(huì)析出水分，水分受冷又結(jié)成冰，如此往復(fù)使水滲入到結(jié)構(gòu)中將對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，促使承重結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生位移，又受基礎(chǔ)與縱、橫墻等的約束，從而產(chǎn)生裂縫。其次，由于冷庫建筑自身溫度及嚴(yán)寒地區(qū)室外溫度都比較低，使地下水容易結(jié)成冰，從而產(chǎn)生地基土壤凍脹。針對(duì)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的特殊要求以及施工質(zhì)量通病，作者結(jié)合工程實(shí)例，提出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案和治理質(zhì)量通病的加強(qiáng)施工技術(shù)措施。經(jīng)施工驗(yàn)證，符合現(xiàn)行冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范要求與驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，為類似冷庫設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

1 工程概況

某冷庫工程位于吉林省延吉市煙集河與建安路交匯處，建筑面積為3 600 m2。主體建筑分辦公區(qū)和冷藏區(qū)，共兩層，其中冷庫采用無梁板柱結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)。辦公區(qū)采用框架結(jié)構(gòu)，外墻采用加氣混凝土砌體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0。場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地面粗糙度為B類。基本風(fēng)壓為0.5 kN/m2，基本雪壓為0.55 kN/m2。冷庫地面活荷載為30 kN/m2，樓面活荷載為20 kN/m2。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，冷庫板、柱抗震等級(jí)為三級(jí)，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)使用年限為50年。基礎(chǔ)、柱、板均采用C30混凝土，墻體采用MU10燒結(jié)空心磚砌筑。冷庫平面柱網(wǎng)布置規(guī)則，雙向柱，縱向跨度為5.7 m，共4跨。橫向跨度6 m，9跨。冷庫外墻與無梁板結(jié)構(gòu)外側(cè)均采用錨系梁連接，在外墻2.9 m和5.0 m處以及8.0 m標(biāo)高處各設(shè)置圈梁，在外墻沿著柱網(wǎng)縱橫軸線處和外墻四轉(zhuǎn)角處各設(shè)置構(gòu)造柱，設(shè)置架空層，其層高為2.2 m。某冷庫建筑效果如圖1所示。

2 冷庫自承重外墻和錨系梁的設(shè)計(jì)

外圍護(hù)墻圈梁、構(gòu)造柱、錨系梁布置圖與A—A圖以及圈梁配筋圖，如圖2所示。

2.1 自承重外墻的設(shè)計(jì)

為了避免冷庫建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中各部位導(dǎo)熱系數(shù)不同而引起的冷橋現(xiàn)象，同時(shí)為了保護(hù)其保濕層、提升房屋的氣密性，冷庫的外墻設(shè)計(jì)通常采用自承重墻。在設(shè)計(jì)中對(duì)主體結(jié)構(gòu)和自承重外墻結(jié)構(gòu)的地上部分進(jìn)行分離設(shè)置，同時(shí)在兩種結(jié)構(gòu)中添加保溫材料阻斷樓層間的冷橋現(xiàn)象。根據(jù)規(guī)范[1]的要求對(duì)自承重外墻進(jìn)行墻體受壓承載力及墻身高厚比的驗(yàn)算。

1)受壓承載力驗(yàn)算。取1 m寬度進(jìn)行受壓承載力驗(yàn)算。

N=10.2×0.37×19=72 kN/m<φfA=

1.5×0.37×1×1 000=555 kN/m。

其中，N為軸向壓力設(shè)計(jì)值；φ為偏心影響系數(shù)；f為砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；A為砌體截面面積。

2)墻身高厚比驗(yàn)算。

β=Ho/h=5.05/0.37=13.65<μ1μ2[β]=24。

其中，β為墻身高厚比；[β]為墻的允許高厚比；Ho為墻計(jì)算高度；μ1為有門窗洞口的修正系數(shù)；μ2為非承重墻允許高厚比的修正系數(shù)；h為墻厚。

則，墻體受壓承載力及墻身的高厚比均滿足規(guī)范要求。

3)構(gòu)造柱和圈梁。在外圍自承重墻內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁。圈梁配筋如圖3所示。

由于b/s=0.37/5.7=0.065>1/30=0.03，圈梁可視為構(gòu)造間墻的不動(dòng)鉸支點(diǎn)，相鄰支座間的砌體外圍護(hù)墻可簡(jiǎn)化為四邊簡(jiǎn)支短板。構(gòu)造柱和圈梁簡(jiǎn)化為以錨系梁為中間支座，以底層基礎(chǔ)、基礎(chǔ)梁，屋頂剛性連接處，以及另一方向的墻為不動(dòng)鉸支座的連續(xù)梁。

2.2 錨系梁與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)錨系梁定義。錨系梁主要是連接冷庫外墻與冷庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連系梁，能夠有效的提高冷庫結(jié)構(gòu)的整體性，對(duì)外墻轉(zhuǎn)角處的開裂有很好的防護(hù)作用，提供一個(gè)穩(wěn)定的側(cè)向支撐。

2)錨系梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。錨系梁設(shè)計(jì)是否可靠是冷庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外圍護(hù)墻是否具有良好的整體穩(wěn)定性的重要因素。

錨系梁的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)規(guī)范[2]地震區(qū)錨系梁做法，可采取鋼管或者三角形混凝土梁；錨系梁可采用Q235或Q345鋼，其長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)控制在120(235/fay)2以內(nèi)。本工程設(shè)計(jì)采用的是等邊三角形鋼筋混凝土梁，邊長(zhǎng)為180 cm。錨系梁的配筋如圖4所示。

采用Q235鋼。長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算：λ=l0/i=22.73<120，滿足穩(wěn)定性要求。

其中，λ為錨系梁長(zhǎng)細(xì)比；l0為錨系梁計(jì)算長(zhǎng)度；i為錨系梁的回轉(zhuǎn)半徑。

3 冷庫架空層的設(shè)計(jì)

針對(duì)冷庫地基土壤由于溫度過低而產(chǎn)生的凍脹問題，為了保證冷庫的正常使用，作者對(duì)冷庫設(shè)計(jì)時(shí)采用架空層的方式給予防范。

架空層是建筑物中僅有結(jié)構(gòu)支撐而無外圍護(hù)結(jié)構(gòu)或有圍護(hù)結(jié)構(gòu)但設(shè)置窗口的開敞空間層。本工程中架空層設(shè)計(jì)由柱子作為支撐結(jié)構(gòu)，不僅能有效防治由于地下水結(jié)冰產(chǎn)生的土壤凍脹對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的影響，而且能有效的提高空間的利用。同時(shí)，我們對(duì)架空層的層高控制在2.20 m，根據(jù)規(guī)范[3]中建筑物架空層及坡地建筑物吊腳架空層，應(yīng)按其頂板水平投影計(jì)算建筑面積。結(jié)構(gòu)層高在2.20 m及以上的，應(yīng)計(jì)算全面積；結(jié)構(gòu)層高在2.20 m以下的，應(yīng)計(jì)算1/2的面積。設(shè)計(jì)使建筑物增加一層使用面積的同時(shí)只增加了一半的計(jì)算面積，降低了工程成本。

4 抗裂加強(qiáng)施工技術(shù)措施

4.1 錨系梁的施工工藝與關(guān)鍵控制點(diǎn)

1)錨系梁的施工工藝。本工程提出的錨系梁施工工藝是：首先，在對(duì)主體結(jié)構(gòu)樓板進(jìn)行鋼筋綁扎的同時(shí)預(yù)埋錨系梁鋼筋；其次，進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)樓板混凝土的澆筑；然后，對(duì)自承重外墻施工；最后，錨系梁混凝土同外墻構(gòu)造柱、圈梁一起澆筑。

2)錨系梁的關(guān)鍵控制點(diǎn)見圖5。根據(jù)分析施工工藝而提出的質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)分別為：錨系梁鋼筋位置與設(shè)計(jì)圖紙是否對(duì)應(yīng)，保護(hù)層是否滿足要求；模板上、下底標(biāo)高是否正確且滿足外軸線間距離；錨系梁混凝土與先澆筑的樓板混凝土之間能否結(jié)合良好。

4.2 加強(qiáng)施工質(zhì)量技術(shù)措施

1)確保錨系梁鋼筋與混凝土粘結(jié)錨固的措施。由于在鋼筋的錨固機(jī)理中最主要成分是鋼筋與混凝土相互咬合而產(chǎn)生的擠

壓力。因此，在施工過程中隨時(shí)對(duì)鋼筋表面粗糙度進(jìn)行檢查和確認(rèn)，把粗糙度較低的鋼筋淘汰，同時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行充分的振搗，提高混凝土的密實(shí)度，使鋼筋與混凝土充分接觸，從而確保鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固。2)確保施工放線準(zhǔn)確，實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。使用全站儀進(jìn)行放線，提高精確度。在放線時(shí)遵循“由整體到局部”的原則，充分掌握施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)圖紙的差異，并對(duì)所放的線進(jìn)行動(dòng)態(tài)校核。3)在主體結(jié)構(gòu)樓板與錨系梁混凝土結(jié)合處設(shè)置快易收口網(wǎng)。當(dāng)混凝土澆筑時(shí)，快易收口網(wǎng)眼上的斜角片就嵌在混凝土里，形成一個(gè)與鄰近澆筑塊相連的機(jī)械式楔口。其粘結(jié)及剪切強(qiáng)度可與經(jīng)過良好處理的粗糙面強(qiáng)度媲美，從而避免在二次澆筑時(shí)打孔、拉毛等工序。可縮短施工周期，同時(shí)增加混凝土澆筑體的強(qiáng)度，使新舊混凝土完好結(jié)合。

5 施工驗(yàn)證

通過實(shí)施質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)及加強(qiáng)技術(shù)措施，保證了工程質(zhì)量。經(jīng)監(jiān)理單位檢查，符合施工驗(yàn)收規(guī)范與驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)[4]的要求。驗(yàn)收表明，對(duì)于錨系梁鋼筋的預(yù)埋中心線位置偏差均在±5 mm以內(nèi)，水平高差均在+3 mm～0 mm范圍內(nèi)，錨固長(zhǎng)度偏差均在-10 mm以內(nèi)。模板的上、下底標(biāo)高偏差均在±5 mm以內(nèi)。混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)后未出現(xiàn)露筋、裂縫等外觀質(zhì)量缺陷。

6 結(jié)語

1)本文提出的冷庫錨系梁和自承重外墻的設(shè)計(jì)方案有效的提高了冷庫外墻的抗裂性，經(jīng)施工驗(yàn)證，設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，可供類似冷庫設(shè)計(jì)提供借鑒。2)架空層的設(shè)計(jì)，有效解決地基土壤凍脹開裂的問題。同時(shí)充分考慮業(yè)主的需求，節(jié)約了工程成本。3)通過分析錨系梁施工工藝，提出了質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)與加強(qiáng)技術(shù)措施。經(jīng)施工驗(yàn)證，治理了質(zhì)量通病，符合現(xiàn)行規(guī)范要求與驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，可供類似冷庫施工提供借鑒。

[1] GB 50003—2011，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50072—2010，冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB/T 50353—2013，建筑工程建筑面積計(jì)算規(guī)范[S].

[4] GB 50204—2015，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

Research on anti-crack design and construction technology of cold store building structure★

Chen Junbin Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineeringYanbianUniversity,Yanji133002,China)

Taking the cold store construction project of Yanji city， Jilin province as an example, this dissertation puts forward the design scheme of self-bearing external wall, anchor beam and stilt floor for the common quality problems such as cracking of building external wall and frost heave cracking of foundation soil. At the same time, construction quality control key points and strengthen quality of technical measures. The acceptance of the subentry engineering shows that the common quality of the anchor beam is effectively controlled.

cold store building, anchor beam, stilt floor, strengthen quality

1009-6825(2017)01-0044-02

2016-10-25 ★：延邊大學(xué)科技發(fā)展計(jì)劃校企合作項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：602015001)

陳俊賓(1994- )，男，在讀本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU375.4

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