基于裂縫控制的高層建筑成本分析

詹東杰

(吉林市建筑設計院有限責任公司,吉林 吉林 132011)

1 概述

因住宅建筑功能需求，建筑不設縫平面尺寸已接近或超過了現行混凝土結構設計規范[1]中伸縮縫最大間距。某些情況下，溫度作用在結構中產生了大量裂縫，嚴重影響了建筑的正常使用，需要進行后期處理從而增加工期和成本。對于嚴寒地區越冬建造的建筑，溫差變化明顯，更應加強對降溫產生裂縫的分析和控制。

2 裂縫控制和成本分析

2.1 工程案例介紹

本工程位于吉林省吉林市，建筑總建筑面積為10 754.39 m2，地下1層，地上18層，建筑高度52.5 m，結構平面長度為53.2 m，寬度為12.3 m，樓電梯洞口間距12.6 m。剪力墻厚200 mm，梁高400 mm～480 mm，標準層板厚100 mm～120 mm。結構平面見圖1。剪力墻混凝土強度等級為：首層C40，2層，3層C35，4層至屋面C30。梁板混凝土強度C30。設計使用年限為50 a，結構安全等級為二級，最高月平均氣溫32 ℃，最低月平均氣溫-31 ℃。根據混凝土結構設計規范[1]伸縮縫最大間距為45 m，超出規范限值約為1.18倍，故對結構溫度作用進行補充分析。

2.2 溫度作用

考慮到施工工況影響，溫度計算時，可按未封閉混凝土后澆帶施工階段、后澆帶封閉至竣工交付階段、投入使用三個階段。本項目設置后澆帶間距小于30 m，后澆帶封閉前結構受溫度作用和混凝土收縮影響很小；在建筑投入使用后考慮到冬季地熱采暖，夏季空調制冷因素，計算溫差小于施工階段。故將后澆帶封閉至竣工交付階段作為最不利工況，進行溫度作用分析。

混凝土結構的環境溫度降低將引起結構的收縮變形，當溫度應力超過混凝土抗拉強度時可造成混凝土結構的開裂；同時混凝土材料自身收縮變形也不可忽略，工程上一般將混凝土自身收縮變形等效為當量溫差，與環境溫差共同考慮。

依據建筑結構荷載規范[2]，溫度作用主要考慮兩種情況:1)當量溫差；2)環境溫差。

環境溫差計算時，結構合攏溫度5 ℃～10 ℃，非越冬建造時室外最低氣溫0 ℃，最高氣溫20 ℃，故降溫溫差為0 ℃-10 ℃=-10 ℃，升溫溫差20 ℃-5 ℃=15 ℃；越冬建造時室外最低氣溫-31 ℃，最高氣溫32 ℃，故降溫溫差為-31 ℃-10 ℃=-41 ℃，升溫溫差32 ℃-5 ℃=27 ℃。 溫差統計表見表1。

表1 計算溫差統計表 ℃

2.3 計算分析

采用Midas Gen分析模型進行如下簡化：墻底假定為剛接；墻體樓板選用考慮平面外剛度的板單元；框架梁選用梁單元。材料參數按混凝土結構設計規范選取，僅考慮恒載、活載、施工工況及溫度作用。經計算，最不利作用為降溫，其樓板拉應力計算結果如表2所示，越冬降溫結構變形見圖2。

表2 各層樓板在降溫下的拉應力值匯總表 MPa

計算結果表明：結構整體受降溫作用整體變形趨勢符合高層建筑溫度作用變形規律[4]。非越冬工況下，溫度變化計算值變化在5 ℃以內，雖樓板長度為53.2 m，但受到樓電梯間洞口有利影響，溫度應力在1.1 MPa以下，樓板溫度拉應力未超過C30混凝土設計抗拉強度；越冬建造工況下，因溫差變大劇增，溫度應力明顯增大，主要受影響樓層為首層頂板，應力集中區域主要體現在9軸至15軸交D軸處的兩道橫墻之間(見圖3)，樓板拉應力范圍主要在2.4 MPa～3.2 MPa之間，首層頂板溫度拉應力超過C30混凝土設計抗拉強度，其他層樓板溫度拉應力未超過C30混凝土設計抗拉強度[5]。由此可見，位于嚴寒地區的該建筑在越冬建造時溫度作用顯著。

2.4 樓板抗裂技術措施

樓板應力計算結果表明：對于非越冬建造工況，溫度應力未超過混凝土材料強度設計值，在充分利用材料強度下可滿足溫度應力的抗拉強度要求，可通過設置后澆帶、控制混凝土坍落度、水灰比，以及加強施工養護等常規防裂技術進行設計和施工。越冬建造工況溫度應力計算值高于混凝土抗拉強度設計值，在采取常規防裂技術的基礎上，參考溫度應力計算結果并結合工程經驗，采用專項技術措施。一般可采用補償收縮混凝土、鋼纖維混凝土或附加溫度鋼筋等措施，綜合考慮成本和施工工藝，本工程采用在樓板中配置雙層雙向鋼筋網片的方法進行補強，補強位置為首層頂板，補強鋼筋為直徑10 mm，間距為200 mm的通長HRB400鋼筋網片。

2.5 成本分析

經計算：非越冬建造工況單層樓板鋼筋含量3.96 t；越冬建造工況樓板鋼筋含量：首層頂板7.39 t，其他層3.96 t。與非越冬建造相比，越冬建造單項工程鋼筋含量增加7.39 t-3.96 t=3.43 t，本項目共含8個相近體型的高層住宅，項目鋼筋含量合計增加3.43×8=27.44 t。由2021年吉林市第七期建筑工程材料參考價格，該鋼材除稅價為5 210.93元/t，故項目的材料費增加27.44×5 210.93=14.30萬元。按文獻[6]將材料費換算為建筑成本，增加約28.60萬元。

3 結論

本文以超長高層建筑為基礎，計算建造過程中溫度作用影響，分析其造成成本增加情況，結論如下：

1)嚴寒地區大型超長住宅項目越冬建造會導致成本增加，可根據當期市場需求情況采用總承包合同避免冬期施工，合理分配進度分期施工；若受工期限制，也可招標多個分包商，加快進度共同施工，可節約成本并保證質量。

2)區別于常規住宅項目，超長剪力墻結構體系的住宅項目在初步設計階段應綜合考慮溫度作用影響，在滿足相關設計標準的前提下，通過優化超長方向剪力墻截面尺寸和增加剪力墻間距，從而減小該方向剛度，可減小溫度作用的影響，降低建筑成本。

3)擬建類似項目超長住宅不設縫、樓板不配置溫度鋼筋的條件：平面長度在規范限值1.18倍以內，折算計算溫度不超過5 ℃，樓電梯間洞口間距不大于12.6 m。

4)擬建類似項目越冬建造時考慮溫度影響，材料費增加可按首層頂板鋼筋量的1.87倍估算。