基于建筑中变形缝的设计问题分析研究
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摘要：本文主要针对三种常见的变形缝:伸缩缝、沉降缝和防震缝,对三种常见变形缝的设置和应用做了详细的分析和对比,简述了现代建筑中不设变形缝的情况和设变形缝的不足之处，本文是个人的一些见解，以供同行参考借鉴。
关键词：变形缝；设计；伸缩缝；沉降缝；防震缝；
前言
现代建筑中, 由于建筑使用和立面要求, 在尽管平面形状复杂、立面体型不均衡的情况下, 也要求不设或少设沉降缝、抗震缝和伸缩缝, 况且设置这种结构缝, 防水处理较困难, 材料用量较多, 结构复杂, 施工困难, 特别是剪力墙结构, 结构缝的施工更为困难。在地震区, 由于结构缝将房屋分成几个部分, 在地震力的作用下, 各个部分相互碰撞, 宜造成震害, 不但引起结构局部破坏, 还使建筑装饰材料也造成破坏, 增加了震后修复工作。目前,一般在结构总体布置上采取一些相应措施, 减少房屋沉降差,，防止因温度变化使结构产生伸缩而引起温度应力, 加强在地震力的作用下产生应力集中和结构薄弱的部位, 以减少或不设沉降缝、抗震缝和伸缩缝。
一、伸缩缝的分析研究
伸缩缝又称温度伸缩缝, 用于混凝土结构中, 混凝土的温度裂缝有两种:
1) 混凝土由于水灰比过大, 水泥用量过多, 或养护不当, 或浇灌大体积混凝土时产生大量的水化热, 致使混凝土硬化后会产生收缩裂缝, 这是混凝土的早期温度裂缝； 2) 当混凝土硬化后, 结构在使用阶段由于外界温度变化, 导致混凝土结构膨胀或收缩, 而当收缩变形受到结构约束时, 就会在混凝土构件中产生裂缝, 这是混凝土在使用阶段的温度裂缝。
所以说, 混凝土结构产生开裂有两大原因: 1) 混凝土材料的干缩； 2) 由于外界温度的变化。
在混凝土结构中设置伸缩缝, 正是为了防止或减少混凝土结构构件的开裂。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起的应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方。由于影响结构温度、收缩裂缝的因素很多, 许多因素的不确定性很大, 很难进行定量分析, 规范经过大量的调查研究和总结经验, 用限制建筑物的长度, 即规定结构伸缩缝的最大间距, 来防止结构内应力聚集过大, 从而达到控制裂缝的目的。允许结构“自由”伸缩而不致引起较大约束应力及裂缝的混凝土结构体型( 长度的范围) 即为设计中的伸缩缝间距。伸缩缝的做法是从基础顶面开始将两个温度区段的上部结构完全分开。
当采用下列构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时, 可适当放宽伸缩缝的间距。
1) 混凝土浇筑采用后浇带分段施工或采用膨胀加强带；
2) 顶层、底层、山墙和纵墙开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率；
3) 顶层加强保温隔热措施, 外墙设置保温层；
4) 顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝,将结构划分为长度较短的区段；
5) 采用收缩小的水泥, 减少水泥用量, 在混凝土中加入适量
的外加剂；
6) 提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。
二、 沉降缝的分析研究
沉降缝是为了防止建筑物的不均匀沉降而设置的变形缝。当同一建筑物的各部分由于基础沉降而产生显著沉降差异, 有可能产生结构难以承受的内力和变形, 为避免由此而造成结构过大的裂缝, 可在容易产生裂缝的部位设置沉降缝, 将其分成两个独立的结构单元。建筑物的荷载差异过大, 地基不均匀, 压缩性差异过大, 长高比过大的框架结构、建筑结构或基础类型不同时在其交接处都可能会使基础产生显著沉降差异, 通常沉降缝用来划分同一高层建筑中层数相差很多、荷载相差很大的各部分, 最典型的是用来分开主楼和裙房。
沉降缝的做法与伸缩缝不同, 它要求将基础连同上部结构完全断开, 自成独立单元。实际上它将建筑物划分为两个相对独立的结构承重体系。设置沉降缝后, 虽然解决了建筑物中因沉降差异而造成的结构过大裂缝问题, 但由于上部结构必须在沉降缝的两侧均设置独立的抗侧力结构, 形成双梁、双柱和双墙, 给建筑物在使用上和立面处理等方面带来不便, 结构上也存在基础埋置深度、整体稳定等问题, 地下室渗漏问题也不容易解决。因此, 设缝还是不设缝,应根据具体情况综合考虑, 一般情况下, 建筑物各部分沉降差大体上有以下三种处理方法:
1) 设沉降缝。让各部分自由沉降, 互不影响, 避免出现由于不均匀沉降所产生的内力。这种方法, 似乎比较省事, 但在结构、建筑、设备、施工各方面困难不少。有抗震要求时, 还要考虑防震缝的宽度要求。
2) 采用端承桩或利用刚度较大的其他基础。前者由坚硬的基岩或砂卵石层来承受, 尽可能避免出现显著的沉降差； 后者则由基础本身的刚度来抵抗沉降差。这虽然在一定条件下能达到降低沉降差的目的, 但基础材料用量多, 不是很经济。
3) 在设计与施工中采取措施, 调整各部分沉降, 减少其差异 ,降低由沉降差产生的内力。采用这种方法, 具体有两种措施: a.调压力差: 主楼、裙楼采用不同的基础形式。主楼部分荷载大, 采用整体箱形基础或筏形基础, 降低土压力, 并加大埋深, 减少附加压力； 低层裙楼部分采用较浅的独立基础加防水底板或交叉梁基础等, 增加土压力, 使两部分沉降尽可能接近。b. 调时间差: 主楼、裙楼之间设置沉降后浇带, 钢筋连通, 先施工主楼, 待主楼封
顶, 完成大部分沉降后, 再施工裙房, 待两部分沉降稳定后再浇灌后浇带混凝土连为整体, 使两者后期沉降基本相近。后浇带分为温度后浇带和沉降后浇带。温度后浇带是当建筑物超过规范规定的长度时设置的后浇带, 后浇带混凝土宜在两个月后浇灌； 沉降后浇带是为了解决建筑物地基不均匀沉降设置的后浇带, 一般情况下等基础稳定后才浇筑后浇带混凝土。
三、防震缝的分析研究
建筑物防震缝的设置主要是为了避免在地震作用下结构产生过大的扭转、应力集中、局部严重破坏等。抗震设计的建筑结构在下列情况下宜做防震缝。1) 平面长度和外伸长度尺寸超出了规范的限值而又没有采取加强措施时； 2) 各部分刚度相差悬殊, 采取不同材料和不同结构体系时； 3)各部分质量相差很大时； 4)各部分有较大错层, 不能采取合理的加强措施时。
另外, 高层钢筋混凝土房屋当需要设置防震缝时, 防震缝最小宽度应符合下列规定:1) 框架结构房屋的防震缝宽度, 当高度不超过 15 m 时可采用70 m； 超过 15 m 时, 6 度, 7 度, 8 度和 9 度相应每增加高度 5 m,4 m, 3 m 和 2 m, 宜加宽 20 mm。2) 框架 抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用1) 项规定的数值的 70% , 抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用 1) 项规定的数值的 50% 。且均不小于 70 mm。3) 防震缝两侧结构类型不同时, 宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。
设置防震缝时, 应将建筑物分隔成独立、规则的结构单元, 防震缝两侧的上部结构应完全分开, 防震缝与伸缩缝、沉降缝应综合考虑, 协调布置。沉降缝的宽度尚应考虑基础内倾使缝宽减小后仍能满足防震缝的宽度。此外, 防震缝可兼作伸缩缝和沉降缝, 防震缝应沿房屋全高设置, 两侧应布置墙。一般防震缝的基础可不断开, 只有兼作沉降缝时才将基础断开。防震缝宽度按房屋高度和设计烈度的不同, 一般可取 50 mm~100 mm。
四、结语
为了防止建筑物产生裂缝, 甚至破坏的发生, 可在建筑物的适当部位设置变形缝, 常见的变形缝有三种: 伸缩缝、沉降缝和防震缝, 这三种变形缝由于各自的功能不同, 所应用的位置和构造方式也不相同, 以上就是分别对它们进行详细的分析研究，可供同行参考借鉴。
参考文献:
[ 1] GB 50010 2002, 混凝土结构设计规范[ S] .
[ 2] GB 50011 2001, 建筑抗震设计规范[ S] .
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