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变形缝的设置和构造方法

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:由温度变化引起的结构内力称为温度应力,它在房屋的长度方向和高度方向都会产生影响。从布置及构造方面采取措施减少温度应力的影响。凡是设缝的位置应考虑相邻结构在地震作用下因结构变形、基础转动或平移引起的最大可能侧向位移。

变形缝的设置和构造方法

在进行建筑结构的总体布置时,应考虑沉降、温度收缩和形体复杂对结构受力的不利影响,常用沉降缝、伸缩缝或防震缝将结构分成若干个独立单元,以减少沉降差、温度应力和形体复杂对结构的不利影响。但有时从建筑使用要求和立面效果以及防水处理困难等方面考虑,希望尽量不设缝。特别是在地震区,由于缝将房屋分成几个独立的部分,地震中可能会因为互相碰撞而造成震害。因此,目前的总趋势是避免设缝,并从总体布置上或构造上采取一些措施来减少沉降、温度收缩和形体复杂引起的问题。

1.沉降缝

一般情况下,多层建筑不同的结构单元高度相差不大,除非地基情况差别较大,一般不设沉降缝。在高层建筑中,常在主体结构周围设置1~3层高的裙房,它们与主体结构的高度差异悬殊,重量差异悬殊,会产生相当大的沉降差。过去常采用设置沉降缝的方法将结构从顶到基础整个断开,使各部分自由沉降,以避免由沉降差引起的附加应力对结构的危害。但是,高层建筑常常设置地下室,设置沉降缝会使地下室构造复杂,缝部位的防水构造也不容易做好;在地震区,沉降缝两侧上部结构容易碰撞造成危害。因此,目前在一些建筑中不设沉降缝,而将高低部分的结构连成整体,同时采取一些相应措施以减少沉降差。这些措施是:

(1)采用压缩性小的地基,减小总沉降量及沉降差。当土质较好时,可加大埋深,利用天然地基,以减少沉降量。当地基不好时,可以用桩基将重量传到压缩性小的土层中,以减少沉降差。

(2)设置施工后浇带。把高低部分的结构及基础设计成整体,但在施工时将它们暂时断开,待主体结构施工完毕,已完成大部分沉降量(50%以上)以后,再浇灌连接部分的混凝土,将高低层连成整体。在设计时,基础应考虑两个阶段不同的受力状态,分别进行强度校核。连成整体后的计算应当考虑后期沉降差引起的附加内力。这种做法要求地基土较好,房屋的沉降能在施工期间内基本完成。

(3)将裙房做在悬挑基础上,这样裙房与高层部分沉降一致,不必用沉降缝分开。这种方法适用于地基土软弱、后期沉降较大的情况。由于悬挑部分不能太长,因此裙房的范围不宜过大。

2.伸缩缝

新浇混凝土在凝结过程中会收缩,已建成的结构受热要膨胀受冷则收缩,当这种变形受到约束时,会在结构内部产生应力。混凝土凝结收缩的大部分将在施工后的前两个月内完成,而温度变化对结构的作用则是经常的。由温度变化引起的结构内力称为温度应力,它在房屋的长度方向和高度方向都会产生影响。

房屋的长度越长,楼板沿长度方向的总收缩量和温度引起的长度化就越大。如果楼板的变形受到其他构件(墙、柱和梁)约束,在楼板中就会产生拉应力或压应力。在约束构件中也会相应地受到推力或拉力,严重时会出现裂缝。多层建筑温度应力的危害一般在结构的顶层,而高层建筑温度应力的危害在房屋的底部数层和顶部数层都较为明显。

房屋基础埋在地下,它的收缩量和受温度变化的影响比较小,因而底部数层的温度变形及收缩会受到基础的约束;在顶部,由于日照直接照射在屋盖上,相对于下部各层楼板,屋顶层的温度变化更为剧烈,可以认为屋顶层受到下部楼层的约束;中间各楼层,使用期间温度条件接近,变化也接近,温度应力影响较小。因此,在高层建筑中,温度裂缝常常出现在结构的底部或顶部。温度变化所引起的应力常在屋顶板的四角产生“八”字形裂缝或在楼板的中部产生“一”字形裂缝;墙体中产生裂缝会经常出现在房屋的顶层纵墙端部或横墙的两端,一般呈“八”字形,缝宽可达1~2mm,甚至更宽。

为了消除温度和收缩对结构造成的危害,可以用伸缩缝将上部结构从顶部到基础顶部断开,分成独立的温度区段。结构温度区段的适用长度或伸缩缝的最大间距,见表2.3。和沉降缝一样,这种伸缩缝也会造成多用材料、构造复杂和施工困难。

表2.3 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距 单位:m

温度、收缩应力的理论计算比较困难,究竟温度区段允许多长还是一个需要探讨的问题。但是,收缩应力问题必须重视。近年来,国内外已经比较普遍地采取了不设伸缩缝而从施工或构造处理的角度来解决收缩应力问题的方法,房屋长度可达130m,取得了较好的效果,归纳起来有下面几种措施:

(1)设后浇带。混凝土早期收缩占总收缩的大部分,建筑物过长时,可在适当距离选择对结构无严重影响的位置设后浇带,通常每隔30~40m设置一道。后浇带保留时间一般不少于1个月,在此期间收缩变形可完成30%~40%。后浇带的浇筑时间宜选择气温较低时,因为此时主体混凝土处于收缩状态。带的宽度一般为800~1 000mm,带内的钢筋采用搭接或直通加弯的做法。这样,带两边的混凝土在带浇灌以前能自由收缩。在受力较大部位留后浇带时,主筋可先搭接,浇灌前再进行焊接。后浇带混凝土宜用微膨胀水泥(如浇筑水泥)配制。(www.xing528.com)

(2)局部设伸缩缝。由于结构顶部及底部受的温度应力较大,因此,在高层建筑中可采取在上面或下面的几层局部设缝的办法(约1/4全高)。

(3)从布置及构造方面采取措施减少温度应力的影响。由于屋顶受温度影响较大,通常应采取有效的保温隔热措施,例如,可采取双层屋顶的做法。或者不使屋顶连成整片大面积平面,而做成高低错落的屋顶。当外墙为现浇混凝土墙体时,也要注意采取保温隔热措施。

(4)在结构中对温度应力比较敏感的部位应适当加强配筋,以抵消温度应力,防止出现温度裂缝,比如在屋面板就应设置温度筋。

3.防震缝

有些建筑平面复杂、不对称或各部分刚度、高度和重量相差悬殊时,在地震作用下,会造成过大的扭转或其他复杂的空间振动形态,容易造成连接部位的震害,这种情形可通过设置防震缝来避免。《高层建筑混凝土结构规程》(JGJ 3—2010)规定,高层建筑宜调整平面形状和结构布置,避免结构不规则,不设防震缝。当建筑物平面复杂而又无法调整其平面形状或结构布置使之成为较规则的结构时,宜设置防震缝将其分为几个较简单的结构单元。

凡是设缝的位置应考虑相邻结构在地震作用下因结构变形、基础转动或平移引起的最大可能侧向位移。防震缝宽度要留够,要允许相邻房屋可能出现反向的振动,而不发生碰撞。防震缝的设置应符合下列规定:

(1)框架结构房屋,当高度不超过15m时,可采用100mm;当超过15m时,6度、7度、8度和9度时相应每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽20mm。

(2)框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可按上述第(1)项规定数值的70%采用,抗震墙房屋的防震缝宽度可按上述第(1)项规定数值的50%采用。但二者均不宜小于100mm。

(3)防震缝两侧结构体系不同时,防震缝宽度按不利的体系考虑,并按较低高度计算缝宽。

(4)防震缝应沿房屋全高设置,地下室、基础可不设防震缝,但在设置的防震缝处应加强构造和连接。

总的来说,要优先采用平面布置简单、长度不大的塔式楼;当体型复杂时,要优先采取加强结构整体性的措施,尽量不设缝。规则与不规则的区分是一个很复杂的问题,主要依赖于工程师的经验。一个有良好素养的结构工程师,应当对所设计结构的抗震性能有正确的估计,要能够区分不规则、特别不规则和严重不规则的程度,避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)对平面不规则和竖向不规则的主要类型给出了相应的定义和参考指标,如表2.4和2.5所示。存在表2.4或2.5中的某项不规则类型以及类似的不规则类型应属于不规则建筑,当存在多项不规则或某项不规则超过规定参考指标较多时,应属于特别不规则建筑。而特别不规则,指的是形体复杂,多项不规则指标超过上限值或某一项大大超过规定值,具有现有技术和经济条件不能克服的严重的抗震薄弱环节,可能导致地震破坏的严重后果者。

表2.4 平面不规则的主要类型

表2.5 竖向不规则的主要类型

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