地下室頂板后澆帶構造柱支撐技術分析與實踐

許德磊，程 瀛，陳 明

（1.廣州機施建設集團有限公司，廣東 廣州 510725；2.廣州建筑股份有限公司，廣東 廣州 510030； 3.廣州一建建設集團有限公司，廣東 廣州 510060）

隨著建筑工程結構日益大型化和復雜化，利用后澆帶技術消除不均勻沉降、混凝土養護收縮、整體結構溫度變化等引起的初應力［1］，保證建筑結構的整體性和穩定性［2］，成為了工程施工常用的方法之一［3］。后澆帶一般設置在梁、板的反彎部位或中間部位［4-5］，這就使梁、板形成了懸臂體系，需要增加支撐體系以保證結構的受力和穩定安全［6-8］。傳統的支撐體系一般采用鋼管架模板或碗扣架模板進行支撐［9］。改進的方案包括獨立鋼管支撐、構造柱支撐等［10］。本文擬以某保障性住房項目地下室頂板后澆帶的施工過程和力學分析為例，介紹構造柱支撐的施工，為國內外同行提供借鑒。

1 后澆帶施工技術概述

為應對結構的不均勻沉降、混凝土養護收縮和結構的溫度變化，整體結構的施工往往需要相應的設置沉降后澆帶、伸縮后澆帶和溫度后澆帶。

大型建筑物往往由主樓和裙房構成。主樓和裙房有明顯的高度差，自重也有很大差異。雖然裙房往往先建造完成，但到沉降穩定期時，主樓的沉降量會明顯大于裙樓。因此在施工過程中，需要在主樓和裙樓之間預留施工縫，待建筑物基礎達到足夠的硬度之后，再進行沉降后澆帶施工，以使主體和裙房形成整體，增加結構的穩定性和安全性。

另外，主體結構和裙房的沉降量如果差異過大，施工過程中找平過的標高就會產生差異，影響后澆帶的施工，進而影響整樓的整體性。因此，施工人員需要依據基礎和結構的情況，仔細計算兩部分的沉降情況，適當降低裙房標高，相對提升主樓標高，以確保沉降后能夠滿足結構的設計要求，確保施工質量。

伸縮后澆帶是為了應對大體積混凝土澆筑后，在養護期間收縮開裂的情況而設置的?；炷翝仓瓿珊螅B護期間不斷發生硬化反應，水分逐漸蒸發，整體體積會有所縮小。如果混凝土澆筑區域被完全約束，體積收縮就會造成很大的初應力，嚴重的就會產生裂縫。將澆筑區域用施工縫分隔開，混凝土澆筑體至少有一個方向是自由的，就能避免初應力和裂縫的產生。

溫度后澆帶是為了應對結構在固化和穩定過程中產生的溫度應力。與伸縮后澆帶相似，溫度后澆帶的作用是預留溫度變形的空間，防止溫度初應力的發生。

后澆帶的施工一般在主體結構充分沉降、澆筑混凝土養護結束、結構溫度基本達到平衡之后進行［11］。需要采用無伸縮混凝土進行施工，混凝土的強度需要合理控制，應當等同甚至高于后澆帶兩側混凝土的強度，以避免新的預應力產生，保持結構的整體強度和穩定性［12］。

2 后澆帶頂板支撐方案

2.1 工程概況

某保障性住房項目，總用地面積為55 264.4 m2，規劃建設用地28 899.6 m2。項目總建筑面積131 249.0 m2，其中地上建筑面積103 786.6 m2，計容建筑面積100 528.1 m2，住宅建筑面積88 083.1 m2，商業建筑面積355.8 m2，公建配套建筑面積9 523.8 m2，地下建筑面積27 462.4 m2。其中13地塊包括：B1～B3，A4～A6高層住宅及配套公建裙樓（B1棟高75.8 m，B2棟高99 m，B3棟高88.2 m，A4棟高96 m，A5棟高96 m，A6棟高90 m），1棟3層獨棟肉菜市場，一所18班幼兒園；最高層數為32層（高99 m）；最大單體面積約35 110 m2。

2.2 頂板后澆帶支撐技術

高層住宅塔樓為框架剪力墻結構，地下室頂板預設后澆帶如圖1所示。

圖1 某保障性住房項目地下室頂板預設后澆帶

后澆帶總長度超過1 600 m。自地下室頂板混凝土澆筑完成至主體施工完成，頂板沉降后澆帶傳統模板支撐體系留置的時間長達252 d，其中主體結構施工按7 d/層計算，總共32層需要224 d，后澆帶澆筑施工養護28 d。在這樣長的養護施工時間內，若采用傳統的鋼管架模板或碗扣架模板支撐體系，支撐材料和模板被長期占用，部分構件會發生變形、腐爛、銹蝕，造成支撐系統松動，影響后澆帶兩邊梁板的受力狀態。有時甚至會在后澆帶與梁板交接處產生裂縫，影響結構的安全和使用。

為解決這些問題，本項目采用構造柱支撐方案。具體而言，就是在后澆帶兩端梁板懸臂末端設置構造柱支撐代替傳統的支撐體系。在普通梁板模板安裝及混凝土澆筑時，同時進行構造柱支撐的施工，在梁板及構造柱支撐達到設計強度后，全部拆除模板支撐，由預設的混凝土構造柱進行支撐。

本工程地下室柱最大網間距為8.40 m×7.95 m，結構層高5.2 m，梁0.6 m×1.4 m，板厚0.4 m，經過承載力及穩定性驗算后，在與后澆帶垂直相交的頂板主次梁和端部及板中設一根200 mm×200 mm的混凝土構造柱獨立支撐，頂板凈跨度大于5 m時在其跨中部設置構造柱，后澆帶轉角處板懸挑凈長度大于3 m時設置構造柱。后澆帶一般布置在1/3處，所以8.40 m方向按1/2取值（構造柱按3 m～5 m間隔布置）。該構造柱設置方案通過編制專項方案并經過審批后實施。

采用混凝土構造柱進行頂板后澆帶支撐的優點在于：1）避免了傳統模板支撐體系大量占用支撐材料、周轉周期長、易于腐爛銹蝕的缺陷。2）混凝土構造柱經濟實用，節約施工成本。3）節約了地下室的占用空間，整體觀感良好。但是，混凝土構造柱作為軸向支撐體系，抗剪能力是其薄弱環節。如果在拆除后澆帶內及兩側模板支撐的時候發生了碰撞，造成了混凝土構造柱的損毀，就會嚴重影響支撐效果。因此，一方面，在模板拆除時應特別注意不要碰撞構造柱。另外，在構造柱支撐時間內，后澆帶所在梁跨不得作為材料堆放、加工場所，嚴禁將后澆帶所在跨作為大小車輛通行通道。

3 后澆帶構造柱承載力和變形分析

3.1 承載力分析

在后澆帶構造柱承載力計算中，取跨中4.9 m，懸挑5.12 m，板厚0.4 m，梁截面0.6 m×1.4 m，加腋截面0.4×1.6/2，構造柱所承受的荷載可以按下式計算：

N1=（5.12×4.90×0.4+1.0×0.6×5.12+0.4×1.6/2）m3×25 kN/m3（梁板加腋自重）+5.12 m×4.9 m×2 m3（均布活荷載）=385.98 kN。

構造柱混凝土等級C35，fc=16.7 N/mm2，截面面積為Ac=b×h=200×200=40 000 mm2，構造柱計算長度h=4.8 m，λ=l0/b=24，查表得φ=0.65，配筋為4φ128＠200。

構造柱承載力Ncu=0.9φ（fc Ac+fy As）=0.9×0.65×（16.7×40 000+360×452.39）=486.05＞N2=385.98 kN。滿足承載力要求。

由于荷載未達到C35混凝土強度的破壞條件，因此不考慮進行承載力破壞驗算。

3.2 變形分析

采用MIDASGEN軟件，對地下室頂板中一個較大的五跨梁作為計算單元，其中構造柱截面200 mm×200 mm，板厚400 mm，梁截面0.5 m×1.4 m。圖2是所選部分的施工圖。

圖2 計算單元施工圖

圖3，圖4分別是后澆帶澆筑前和澆筑后的有限元模型。

圖3 后澆帶澆筑前的有限元模型

圖4 后澆帶澆筑后的有限元模型

考慮均布施工活荷載2 kN/m2，荷載組合為1.35×恒荷載+1.4×（0.7）×活荷載。經分析計算，在后澆帶施工前，最不利荷載組合下，梁板的最大豎向位移為0.482 mm，梁單元最大應力2.17 MPa，板單元最大應力0.837 MPa。后澆帶施工后，最大豎向位移0.288 mm（見圖5），梁單元最大應力1.927 MPa，板單元最大應力0.835 MPa（見圖6）。

圖5 后澆帶施工后變形圖

圖6 后澆帶施工后板單元應力分布

從分析結果可以看出，采用后澆帶構造柱支撐時，結構的位移和應力都滿足結構的強度需求。后澆帶澆筑后，梁單元的最大應力值減小，表明后澆帶的澆筑有利于結構的整體受力和穩定性的增強。

4 結語

后澆帶技術是工程施工用以消除不均勻沉降、混凝土養護收縮、整體結構溫度變化等引起的初應力的主要方法之一。傳統的鋼管架模板或碗扣架模板存在支撐材料和模板被長期占用，部分構件會發生變形、腐爛、銹蝕，造成支撐系統松動，影響后澆帶兩邊梁板的受力狀態等缺點。針對所施工工程的具體情況，采用了混凝土構造柱支撐方案。承載力分析和梁板結構變形分析表明，采用混凝土構造柱可以有效實現后澆帶兩側梁板的支撐，保證后澆帶施工和養護過程結構的安全性和穩定性，結構應力和變形都能夠達到設計要求。