小议建筑物变形缝的基本涵义及其设置
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作者: 冯立军
人们居住环境的改变,建筑物已不再是人们简单的居所,而逐渐成为人们生存空间中的一个个景点,建筑物的形态越见参差不齐,错落有致了。丰富的立面使设计工作者需要考虑的问题越来越多,变形缝就是其中之一。有些建筑物由于长度过长,或平面曲折变化较多,或者同一建筑物中个别部分高度、荷载或所处地基土承载能力差异悬殊,往往使建筑物在受到温度变化、地基不均匀沉降、地震等作用时产生变形、裂缝,甚至使建筑物遭到破坏,因此在进行建筑设计时就需要人为地设置相应的构造缝,使建筑物能相对位移,以防止或减轻建筑物可能受到的损坏,这种人为设置的使建筑物可以自由变形的竖向缝就是通常所说的变形缝。
一、变形缝的分类
变形缝按其作用不同,可分为伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。
1.伸缩缝也叫温度缝,作用是将过长的建筑物分成几个长度较短的单元来减少温度应力产生的破坏。为使伸缩缝两侧的建筑物能自由伸缩,须将基础顶面以上的地面、墙体、楼板层、屋顶等完全断开,埋于地面以下的基础因受温度影响小而无需断开。伸缩缝设置间距及缝宽根据不同的结构形式,在《混凝土结构设计规范》和《砌体结构设计规范》中已有明确的规定。
2.沉降缝是为了防止建筑物的各部分由于不均匀沉降引起破坏设置的竖向缝,它将整个建筑物分隔成若干个自行独立沉降的单元,从而可以避免建筑物因不均匀沉降而引起的开裂。沉降缝的设置部位及缝的宽度在《建筑地基基础设计规范》中已有具体规定,这里就不再重复了。
3.防震缝的设置是将体形复杂、结构不规则的建筑物划分成为体形简单、结构规则的独立单元,以利于建筑物的抗震。防震缝是从基础面以上沿建筑物全高设置,缝的两侧应采用双墙、双柱。
伸缩缝与防震缝均是从基础顶面以上开始设置,而沉降缝必须从基础开始设置,并贯通建筑物的全高,这样方能使沉降缝两侧的建筑物成为独立单元,使它们在竖直方向可以自由沉降。我们在实际设计工作中,一般没有独立考虑设置防震缝,通常是与伸缩缝、沉降缝协同考虑的,因此沉降缝的设置,在缝的宽度有保证的情况下,它能同时起到伸缩缝与防震缝的作用,即可以使三缝合一,但伸缩缝和防震缝是绝对不能替代沉降缝的。
二、建筑物变形缝设置
1.双墙做法
即缝两侧均为承重墙,其基础做法又分为二种情况:
1)采用偏心式基础
这种方式多用于一般荷载较轻、层数不高的砖混结构中,它要求地基土承载力比较高,这样基础断面尺寸不很大,基础适度的偏心不致影响整个结构。在保证缝宽尺寸的情况下,低层部分基础偏心层可能大一些,因为它的基础断面尺寸相对要小一些,使两侧基础偏心都较合理可行。
2)墩式基础
也称互相跨越的基础。这种做法必须设置基础梁,采用这种方法实施起来比较复杂。首先要把基础粱的位置、跨数、跨度确定下来,然后根据墙体能下来的荷载把粱的弯矩、剪力计算出来,再根据剪力的大小(支座处)与地基土承载力来确定各个墩的尺寸,墩与墩之间应完全分开,如果有必要各墩还应配筋。这种方法多用于偏心基础不能满足的砖混结构和一边砖混,一边为框架的混合结构形式。
2.悬挑做法 要求沉降缝一侧纵墙端部为悬挑基础,纵墙端部没有承重横墙,这种方式灵活性大、结构布置比较简单,适用于各种地基情况,但建筑构造处理比较复杂,它需在悬挑端设置轻质隔墙来减轻自重。实际上我们也可把悬挑基础做成悬挑粱,与墩式基础结合起来用,这样纵墙端部也可以是承重墙,它能更好地满足建筑物构造要求。
3.简支做法 即将两个独立单元建筑拉开一段距离,利用简支构件联结两边,来满足沉降要求。这种方式适用于在两个建筑物问做连廊。设计、施工均比较简单易行。
4.钢筋混凝土后浇带 这是近年在本地区应用于多层或高层框架结构的建筑中,后浇带就是在主楼(高层)与附房(低层)间在低层部位人为地留出一道800mm-1000mm宽的缝,待丰楼的主体结构施工完成后,主楼处沉降已基本完成,方可将后浇带用高一级标号的混凝土浇筑。主楼越高,沉降完成的越好,越宜采用后浇带。
三、后浇带的应用
施工后浇带分为后浇沉降带、后浇收缩带和后浇温度带,分别用于解决高层主楼与低层裙房间差异沉降、钢筋混凝土收缩变形相减小温度应力等问题。这种后浇带一般具有多种变形缝的功能,设计时应考虑以一种功能为主,其他功能为辅。施工后浇带是整个建筑物,包括基础及L:部结构施工中的预留缝(“缝”很宽,故称为“带”),待主体结构完成,将后浇带混凝土补齐后。这种“缝”即不存在,既在整个结构施工中解决了高层主楼与低居裙房的差异沉降,又达到了不设永久变形缝的目的。
1.解决沉降差。高层建筑和裙房的结构及基础设计成整体,但在施工时用后浇带把两部分暂时断开,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。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。
2.减小温度收缩影响。新浇混凝土在硬结过程中会收缩,已建成的结构受热要膨胀,受冷则收缩。混凝土硬结收缩的大部分将在施工后的头1-2个月完成,而温度变化对结构的作用则是经常的。当其变形受到约束时,在结构内部就产生温度应力,严重时就会在构件中出现裂缝。在施工中设后浇带。是在过长的建筑物中,每隔30-40米设宽度为700-1000毫米的缝,缝内钢筋采用搭接或直通加弯做法。留出后浇带后,施工过程中混凝土可以自由收缩,从而大大减少了收缩应力。混凝土的抗拉强度可以大部分用来抵抗温度应力,提高结构抵抗温度变化的能力。后浇带保留时间一般不少于一个月,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(但应为正温度)时,可用浇筑水泥或水泥中掺微量铝粉的混凝土,其强度等级应比构件强度高一级,防止新老混凝土之间出现裂缝,造成薄弱部位。
做后浇带的前提必须是项目所在地地基土的承载力比较高,压缩率比较小。后浇带应设置在梁或板的跨中弯矩和支座弯矩都较小的部位,尤其是梁,必须以梁为主要因素来考虑。后绕带的具体位置还应结合具体工程来定。
每个建筑物都有各自不同的特点,是否需要变形缝,如何设置变形缝,应根据每个工程不同的建筑要求,结构形式及地理环境来考虑,尽可能采用合理、简单的做法,并能达到更为理想的结果。变形缝中的重点就是沉降缝,以上是笔者这些年来在处理建筑物沉降缝中的一点体会,希望通过总结以前的经验,能够在以后的结构设计工作中把变形缝处理得更完美。
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