建筑物的平面形状、空间造型千变万化,结构设计的一个特点是通过在不同部位设置不同性能的变形缝,满足受力合理性的要求,达到简化设计的目的。 变形缝的合理设置原则如下:一般情况下宜采取调整结构平面形状与尺寸、加强构造措施、设置后浇带等方法,尽可能不设变形缝、少设变形缝,如果一定要设置变形缝,则必须保证有足够的变形缝宽度。
2.1.1 伸缩缝设置
(1)设置伸缩缝的作用
伸缩缝又称温度缝,建筑物设置伸缩逢后,可以部分释放建筑结构由于温度变化和混凝土干缩变形等引起的结构内力,降低产生裂缝的机率。
(2)伸缩缝的间距要求
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)(以下简称《混凝土规范》)明确规定:在未采取措施的情况下,现浇钢筋混凝土框架结构伸缩缝的最大间距为55m、檐沟为25m。
实际工程中由于采取了一系列有效措施、进行了合理施工,伸缩缝的间距已远远超过了规范的允许限值。
(3)增大伸缩缝间距采取的常用措施
减少温度应力、减少混凝土浇筑成型过程中的干缩应力、增加结构自身抗力是增大伸缩缝间距所采取的最常用措施。
① 在温度变化较大的部位(如顶层、底层等)增大配筋率,如对于板,配置双层双向拉通钢筋网;对于梁,增加纵向拉通钢筋的配置量;
② 对直接外露的构件(如屋面、露台等),采取有效的保温隔热措施;
③ 在房屋顶层设置温度缝,减少结构的温度区间长度;
④ 上部结构设置后浇带;
⑤ 选用收缩变形较小的水泥品种(如粉煤灰硅酸盐水泥等),减少水泥用量;在混凝土中添加适宜的外加剂(微膨胀剂,简称UEA、TEA等)、抗拉纤维(如PP纤维,资料显示:添加0.90Kg/m3,混凝土抗拉强度增加10%以上);
⑥ 提高每层楼板的构造配筋率;
⑦ 采用部分预应力钢筋混凝土结构。
(4)伸缩缝的构造要求
① 伸缩缝的位置
伸缩缝通常设置在柱边,其平面位置一般结合建筑物的长度、平面形状、柱网等,根据具体情况布置,图2.1.1a,2.1.1b所示为常见伸缩缝的设置位置。
图2.1.1a 伸缩缝布置在中间 图2.1.1b 伸缩缝布置在转角处
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② 伸缩缝的构造
地面以上:完全分开,设置双梁、双柱,详图2.1.1c所示。
地面以下:连在一起。
结构专业须配合建筑伸缩缝两侧的节点大样,处理好墙面、楼面和屋面的节点连接构造。
③ 伸缩缝的宽度
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原则上讲须满足建筑物在水平方向自由变形的需要,规范上没有明确伸缩缝宽度的具体要求与计算方法,实际工程中伸缩缝宽度一般取20~40mm,习惯上常常取 图2.1.1c 伸
缩缝布置在柱边
50mm。
2.1.2 沉降缝设置
(1)设置沉降缝的作用
当建筑物中各部分的基础发生不均匀沉降时,有可能导致结构或构件产生较大的内力和变形,此时通过设置沉降缝的方法将其分开,使得建筑物中基础沉降量不同的各个部分能够自由沉降、互不影响,确保建筑物能够正常工作。
(2)沉降缝设置的部位
在建筑物的下列平面位置处,应考虑设置沉降缝:
① 房屋高度差异较大处、或荷载差异较大处;
② 地基土的压缩性有显著差异处;
③ 基础底面标高相差较大处、或基础类型不一致处;
④ 分期建造房屋的交界处。
(3)减少建筑物不均匀沉降的常用措施
减少不均匀沉降的常用措施为“放、抗、调”。
① 放
方法:设置沉降缝。
有利之处:可以让建筑物中沉降量不同的各个部分能够自由沉降,互不影响。
不利之处:给设计、施工和使用带来了一系列问题,如沉降缝两侧建筑物必须完全断开,结构需要设置双梁、双柱和双基础,建筑物立面处理困难,地下室和屋面容易渗漏水等。
② 抗
方法一:采用端承桩,减小建筑物中各部分的绝对沉降量;不利之处在于端承桩必须支承
在坚硬的基岩或砂卵石上,因此须有相应的地质条件作保证。
方法二:采用刚度很大的基础,通过基础的整体刚度来调整建筑物中各部分的变形差;不利之处在于刚度很大的基础常常为箱基、筏基等形式,用料较多、造价较高。
③经络油 调
方法:在设计和施工中采取措施,调整各部分可能产生的沉降差,减少其差异沉降量,降低由沉降产生的结构内力和变形。如增加基础刚度,采用箱基、筏基等形式;减轻荷重;增加上部结构的刚度和整体性;调整各部分的施工顺序、预留沉降差、设置施工后浇带等。
不利之处:“调”的适度较难掌握,主要凭经验。
(4)沉降缝的构造要求
① 沉降缝的位置
沉降缝一般结合建筑物的长度、平面形状、柱网等,根据具体情况布置,方法同伸缩缝。
一般在柱边设置,详图2.1.1c所示;为简化基础设计、方便施工,也常采用一侧悬臂形式布置,详图2.1.2a所示;或采用两侧悬臂形式布置,详图2.1.2b所示。
图2.1.2 a 沉降缝一侧悬臂布置 图2.1.2b 沉降缝二侧悬臂布置
② 沉降缝的构造
地面以上:完全分开,设置双梁、双柱。
地面以下:完全分开,设置双梁、双柱、双基础。
结构专业须配合建筑沉降缝两侧的节点大样,处理好墙面、楼面、屋面和地下室底板、侧壁的节点连接构造。
③ 沉降缝的宽度
原则上讲,沉降缝的宽度必须满足缝两侧建筑物在垂直方向自由变形的需要、在水平方向由于不均匀沉降变形引起的局部倾斜,规范上没有明确沉降缝宽度的具体要求,可参考设计手册确定宽度,详表2.1.1。
表2.1.1 沉降缝宽度取用参考表
地基情况 | 建筑物高度(较低部分建筑高度) | 沉降缝宽度 |
一般地基 | H<5m H=5~10m H=10~15m | 30mm 50mm 70mm |
软弱地基 耐酸碱保护膜 | 2~3层 4~5层 怎么做一支解压笔 5层以上 | 30~80mm 80~120mm 灭火器结构图≥120mm |
附注:本表仅适用于天然地基;如地基经过处理,沉降缝宽度可适当减小。 |
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2.1.3 抗震缝设置
位于抗震设防区的建筑物,当需要设置伸缩缝或沉降缝时,必须同时满足抗震缝的设置要求。
(1)设置抗震缝的作用
合理设置抗震缝,可以减少地震作用影响,降低抗震设计难度,提高建筑结构抗震设计的可靠度。
(2)抗震缝设置的部位
在建筑物的下列平面位置处,应考虑设置抗震缝:
① 房屋长度超过伸缩缝的最大间距要求,又无条件采取措施或没有采取措施,必须设置伸缩缝时;
② 房屋各部分预计沉降量相差较大,又无条件采取措施或没有采取措施,必须设置沉降缝时;
③ 非规则建筑,未在计算和构造上采取抗震措施时;
④ 非规则结构,各部分的质量或结构抗侧移刚度相差悬殊,未在计算和构造上采取抗震措施时。
(3)不设抗震缝的常用方法
由于抗震缝的设置,总会给设计、施工和使用带来一系列的问题,实际工程中常常根据抗震缝的设置原因,采取相应措施,尽可能不设或少设抗震缝。
① 对于因为需要设置伸缩缝引起的抗震缝,当采取措施增大伸缩缝的间距后,可以不设抗震缝,详2.1.1所述;
② 对于因为需要设置沉降缝引起的抗震缝,当采取抗、调措施后,可以不设抗震缝,详2.1.2所述;
③ 对于因为非规则建筑引起的抗震缝,通过调整建筑方案,使建筑物为规则建筑,减少地震作用影响;
④ 对于因为非规则结构引起的抗震缝,通过调整结构方案,使建筑结构为规则结构,增加结构抗震能力。
(4)抗震缝的构造要求
抗震缝的构造要求与抗震缝设置的原因有关,分以下几种情形,结构专业须配合建筑抗震缝两侧的节点大样,处理好墙面、楼面和屋面的节点连接构造,尤其是基础部分须加强构造连接。
① 对于因为需要设置伸缩缝引起的抗震缝
抗震缝的布置:形式同伸缩缝,详2.1.1所述,如图2.1.1a、2.1.1b所示。
抗震缝的构造要求:地面以上:完全分开,设置双梁、双柱,详图2.1.1c所示。
地面以下:连在一起。
② 对于因为需要设置沉降缝引起的抗震缝
抗震缝的布置:形式同沉降缝,详2.1.2所述,如图2.1.1c、2.1.2a、2.1.2b所示。
抗震缝的构造要求:地面以上:完全分开,设置双梁、双柱。
地面以下:完全分开,设置双梁、双柱、双基础。
③ 对于因为非规则建筑引起的抗震缝
抗震缝的平面布置:须结合建筑物的平面形状、立面布置等具体情况确定,常在建筑物的平面形状变化处设置抗震缝、或在立面高差处设置抗震缝。