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超长钢筋混凝土结构的处理措施与工程实例

2011-07-03 
近几年来,特别是2002年以来,随着一些新材料及设计、施工新工艺的出现,在解决超长钢筋混凝土建筑物中不设伸缩缝的问题上又取得了新的成果。
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  在钢结构建筑大量出现的今天,传统的钢筋混凝土结构建筑以其较好的抗震性、耐久性及经济性仍然被广泛地应用与多高层住宅、宾馆饭店、写字楼及大型公用建筑,但由于混凝土材料本身的特性,导致钢筋混凝土房屋的长度受到一定限制,一般情况下对长度超长采取设伸缩缝的方法来处理,但设伸缩缝可能给建筑立面造成一定的影响,建筑师和业主往往不同意设缝。本文主要是对超长钢筋混凝土建筑物中不设伸缩缝的有关问题进行探讨,以便给建筑师提供更自由的设计空间,使建筑物在功能造型等方面的设计更加合理,从而达到安全、经济、美观、实用的目的。

  问题的提出

  现行混凝土结构设计规范(GB50010-2002)规定,现浇钢筋混凝土结构按照结构类别的不同设置伸缩缝的最大间距限制在45~55m之间,当规范同时规定如有充分依据和可靠措施时规范表中的伸缩缝最大间距可适当增大。

  在工程实践中,有大量的建筑物在造型、立面等方面采取对称式的处理方法,把主要的功能区放在建筑物中部,例如门厅楼梯会议室等,以突出中间部位,在这种情况下,如果建筑物的长度超过现行规范对伸缩缝最大间距的要求,而结构上为满足规范要求而在建筑物中部设置伸缩缝,这样就会影响到立面造型和建筑物的使用功能;另外由于设置伸缩缝导致在缝两侧采用双柱、双墙,建筑结构处理起来比较困难,而且通过震害调查分析还发现伸缩缝部位是一个薄弱环节,地震时缝的两侧已发生碰撞,轻者面砖外装修损坏,重者女儿墙主体结构损坏。因此为提高建筑物的抗震性能,方便建筑结构布置,应少设或不设伸缩缝。

  超长钢筋混凝土结构中不设伸缩缝的常规设计方法

  通常超长钢筋混凝土结构中不设伸缩缝的设计及施工方法有以下几种:

  (一)在温度影响较大的部位提高配筋率,例如:顶层、底层、山墙、内纵墙端开间等部位。

  (二)在阳光直接照射的屋面,采取加厚屋面隔热保温层或设置架空隔热层等措施,避免屋面板温度变化过于激烈。

  (三)在建筑物顶层局部改变结构形式,即刚度减小从而降低温度应力,如剪力墙结构顶层改为框架结构或顶层分成长度较小的几段。

  (四)设置后浇带,即在施工过程中每个40m左右留700~1000mm的混凝土后浇带;待混凝土收缩完成后再浇灌成整体。其主要的机理为:在施工过程中,混凝土可自由收缩,减少了收缩应力,从而提高结构抵抗温度变化的能力;后浇带一般采用高强度等级混凝土浇筑,有条件时可采用浇筑水泥,后浇带充填应在质体混凝土浇筑两个月后进行,有困难时至少也需在一个月后浇筑,另外后浇带虚贯通结构整个横截面,且应选择留在结构受力影响较小的部位。

  以上几种措施中,第一、二种措施应用于建筑物超长不多的情况下是可行的,第三种措施考虑到抗震设防区,改变结构形式会带来刚度突变等方面的问题,对结构的受力性能带来不利影响,而第四种措施处理起来比较麻烦,另外后浇带一般需要经过60天才能填缝,施工周期延长,如果填缝不好也会留下渗漏的隐患,但对于某些建筑物来讲,考虑到和沉降后浇带一起做等方面的因素,这也许会是比较合理的方案。

  设计新方法

  近几年来,特别是2002年以来,随着一些新材料及设计、施工新工艺的出现,在解决超长钢筋混凝土建筑物中不设伸缩缝的问题上又取得了新的成果。中国建筑材料科学研究院科龙抗裂抗渗技术中心UEA无缝设计新技术表明,在普通混凝土内滲入水泥用量10~12%的UEA(替代等量水泥)配制成的补偿收缩混凝土,在不影响结构强度的情况下能产生体积膨胀,以抵消导致混凝土开裂的收缩应力,从而避免或大大减轻混凝土的开裂;根据工程实践,采用UEA补偿收缩混凝土后,在长度60m以内结构可不设缝,超过60m为保险起见,可用UEA膨胀加强带取代后浇带,即每隔40m在伸缩应力最大的部位设置UEA膨胀加强带一道,加强带宽度一般为2~3m,带的两侧密孔5~10mm铁丝网,防止混凝土流入加强带,浇UEA混凝土时膨胀带两侧浇灌10~12%的UEA混凝土,膨胀带本身浇灌渗14~15%的UEA混凝土(其膨胀率为4~6x10-4),考虑膨胀作用会使混凝土自由强度降低,其混凝土强度等级要比两侧混凝土高一个强度等级,并在2~3m,膨胀带之间适当增加水平温度钢筋10~15%,整个施工过程是连续的不会影响工期。

  依据以上研究成果,经过我院及其他兄弟单位的实际工程检验证明采用UEA补偿收缩混凝土的方法超长钢筋混凝土建筑物中不设伸缩缝的问题是可行的,以下是我院采用此方法设计的工程实例:

  以上工程均已建成并投入使用,经观察检测无温度裂缝出现,结构情况良好。

  结束语

  由于建筑物设缝后可能会影响或限制建筑物的使用功能,或对建筑物的立面造型等产生较大影响,并且缝处理起来也较困难,因此,在保证建筑物安全的前提下,根据建筑物的具体情况,综合各种因素,采用必要的设计方法及相应的构造措施,在超长钢筋混凝土建筑物中不设伸缩缝是可行的

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