超长结构伸缩缝设置问题的探讨

摘要：笔者根据工程实例，针对某一超长结构，提出了凹槽式伸缩缝结构设计。把整体结构划分为几个单元，针对每一个单元，分别给出设置方法。且通过分析得出，采用凹槽式伸缩缝，不但可以保证结构的侧向刚度，还可以降低温度应力，具有非常好的设计效果。

关键词：凹槽式 伸缩缝 超长结构

0引言

近年来，由于建筑市场的需要，应开发商的要求，出现大量多功能的建筑，导致建筑物成为超长结构。这便要求在结构设计当中，设计者应当认真考虑由于超长给结构带来的不利影响，以及是否应当设置伸缩缝，如何设置等问题，来防止结构的开裂。

1工程概况

某工程项目的总建筑面积大概为9万m2，由6栋18层高层住宅楼、12栋多层住宅楼以及26栋叠加别墅所组成，且所有建筑均有1层地下室。这便要求设计人员在超长结构的设计中，充分考虑钢筋混凝土结构平面长度大，而且变化多的特点。本项目中，在满足规范要求合理分缝的前提下，决定在该结构温度应力集中部位，采用一种凹槽板式伸缩缝的设计方法，取得了非常好的抗渗防漏效果。

2影响伸缩缝的混凝土体变因素

影响混凝土体发生变形的因素，主有以下几种：

① 混凝土自身的收缩变形；② 混凝土的温度变形；③ 混凝土的干缩湿胀变形；④ 混凝土的塑性变形；⑤ 由水化热所引起体胀变形.

2.1化学收缩以及干湿变形

自身收缩变形是在水泥混凝土硬化的过程中所产生的，与外载以及气候变化没有关系，主要是由于水泥遇水之后，所发生的一系列化学物理反应。在水化的过程中，水泥颗粒吸水，引起水泥胶体的脱水与紧缩，且这种脱水与紧缩还会持续很多年。

据国内外研究表明，水泥的水化情况为：一般在混凝土中充分水化的水泥量，龄期28d是50%，龄期90d则有40%没有水化； 5个月时，水泥颗粒的水化深度仅6-9um，且水泥重量中，50%以上的颗粒直径都是大于10um的颗粒，甚至个别颗粒还可到100um，因此水化深度是随着时间的延续而逐渐加深的，而且混凝土内部的水泥胶体的脱水紧缩也在不断发展，也就是说混凝土体积收缩会愈来愈小。

干湿变形的主要表现是，以湿胀干缩的混凝土收缩值相对较膨胀的值而言，在相对湿度70%的空气中，其收缩值约为水中膨胀值的6倍。通常来说，混凝土的极限收缩值是50x10-5-55x10-5mm/m，如果混凝土产生干燥收缩，即使以后再长期放到水中，仍会有有残留的变形，其残余收缩大概是收缩量的30%~60%。在工程设计当中，通常采用混凝土的线收缩量是0.00015~0.0002。

2.2温度变形

混凝土具有热胀冷缩的特点。它的温度线性膨胀系数大概是0.00001。温度变形对混凝土来说，是相当不利的。在混凝硬化的初期，水泥水化所放出的热量较多，而混凝土又不是热的良导体，散热比较慢，这便导致混凝土产生体积膨胀。建筑物的混凝土在烈日的照射下，热量会不断聚集在混凝土的内部，温度逐渐升高，使其膨胀，便可能导致胀缝的发生。

2.3徐变

混凝土在荷载的作用下，不但会产生弹塑性变形，还会产生随荷载作用时间而不断增加的非弹性变形。在受载期间，徐变变形的增长比较快，以后便逐渐变慢，且会逐渐地稳定下来。混凝土的徐变变形一般为3x10-4~15x10-4 mm/m，即0.3~1.5mm/m。混凝土不管是受压、受拉还是受弯，都会有徐变现象。

3凹槽式伸缩缝的设计及计算分析

本工程中，确保楼板平面内的连续性，是保证结构的各种构件协同工作的前提，同时还是保证结构总体侧向刚度的关键；如果同一平面内，存在大范围连续的楼板，将会导致楼板内温度应力偏大。因此在保证结构侧向刚度的前提下，如何有效降低温度应力，是本工程的关键，凹槽式伸缩缝的设置，正是解决该问题的一种非常有效方法。凹槽缝（图1）是一种缝宽和永久温度缝相同的凹槽形连续板。在设置凹槽缝后，可以满足结构施工阶段连续浇筑施工的要求，是一种非常好的设计方法。

图1 凹槽缝设置图

通过在一定间隔的楼板上设置凹槽缝，可以在垂直缝的方向上，减小温度应力计算的直线长度，同时凹槽的转动还可以进一步释放温度变形，使温度应力大为减小。在平行缝方向，凹槽板所带来的巨大的剪切刚度，可以保证楼板变形传递的连续性，使结构的侧向刚度不会大幅度下降。

以该工程中某结构单元为例。该单元由3个T形高层与2个平面矩形多层所组成。为考察凹槽缝的有效性，分别计算不设缝、完全断开以及设置凹槽缝（缝深度是500mm）三种模型在楼板升温30℃时的温度应力分布。与此同时，在这3种模型在楼板处沿长度方向，都施加水平的均布力，且定义水平力和楼板的最大侧移的比值便是等效的侧向刚度。从表1中可以看出，当楼板内不设置伸缩缝的时候，结构整体性较强，在水平力的作用下，呈连续的弯曲变形，然而楼板内的温度应力太大，最大值可达512MPa；当将各结构单体完全断开的时候，楼板内的最大温度应力仅仅是116MPa，然而该结构单体没有形成整体，且高层呈弯曲变形，多层呈整体平动，等效刚度仅为不设缝时候的36%；如果楼板内设置凹槽缝（缝深度为500mm），楼板内的最大温度应力下降到不设缝时候的46%，在水平力作用下，凹槽缝呈明显剪切变形，然而结构单元还是整体弯曲变形，等效侧向刚度只比不设缝下降8%。

通过以上分析表明，设置凹槽缝对结构的温度应力具有显著的降低作用，同时还可以提供相当的侧向刚度，从而保持结构的整体性。

4超长结构伸缩缝设计方法

本工程中，由于地下室超长较多，底板与外墙因抗渗防漏的要求，不适合设置永久性温度伸缩缝，因此在底板、外墙的适当位置，设置凹槽板式伸缩缝，同时结合设置施工后浇带的方法来解决混凝土收缩与温度变化问题。

后浇带是目前较为常用，而且已被实践所证明的，可有效控制混凝土裂缝的方法。然而采用何种类型，就要根据工程的类型、工程部位、现场施工情况以及结构的受力情况来确定，后浇带的施工要严格按照施工规范与设计的要求进行，如果处理不当，就很容易造成开裂渗漏，甚至危及结构安全，因此在施工过程中应当高度重视。

4.1地下室底板处

因为地下室结构的基础底板厚度比较大，属于大体积混凝土，很容易出现收缩裂缝，因此可考虑在底板凹槽板的槽口内侧和底板相交的阳角处，以及凹槽底板外侧的阳角处各设置1条直角形3mm厚的钢板止水带。混凝土在浇筑的时候，应当注意必须在初凝前，按时完成底板凹槽板式伸缩缝的分段浇筑施工，也就是说先对底板凹槽板侧壁和地下室结构底板的垂直部分，以及底板凹槽进行局部浇筑施工，再进行底板凹槽板侧壁的施工，最后在底板凹槽板的槽口处，用16mm厚的钢板封口，具体如下图2所示。

图2底板伸缩缝剖面图

4.2地下室外墙侧壁凹槽板式伸缩缝

因为地下室外墙的厚度较小且面积较大，养护相对困难，受风速与大气温度的影响较大，比较容易出现收缩裂缝，所以外墙凹槽板式变形缝施工可考虑在凹槽板内侧壁与侧壁相交的阳角处，以及在凹槽板底外侧壁阳角处设置1条直角形3mm厚钢板止水带，在侧壁混凝土浇筑后，必须在初凝前完成对外墙凹槽板的分段浇筑施工，也就是说先浇筑和凹槽板侧壁垂直的外墙以及外墙凹槽底板侧壁，再开始凹槽板和侧壁施工，最后在凹槽板槽口处砌筑180mm的厚墙封闭，具体如下图3所示。

图3外侧壁伸缩缝的平面图

4.3地下室顶板永久型伸缩缝

如果地下室的顶板露天面积比较大，为了避免因温、湿度的变化的影响而造成温度裂缝的产生，可以考虑在顶板面进行覆土绿化以及设置永久型温度伸缩缝等，永久型温度伸缩缝应当设置在超长结构的底板、外墙凹槽板式伸缩缝对应的顶板位置。

5结语

混凝土结构伸缩缝设与否，应当根据实际工程结构的具体情况，依据相关条文灵活进行掌握，不能认为只要结构的平面尺寸超过规范所规定的最大间距，就一定要设置伸缩缝。要根据概念与计算的结果，慎重考虑各种不同因素对结构内力与裂缝的影响，确定合理的伸缩缝设置方法，尽可能使结构的设计做到设计合理、方便施工、经济适用。

参考文献

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