凹槽式伸缩缝结构设计

很大 ,仅从相对于不设缝时的 46 %降低至 33 % ; 而等
效侧向刚度却呈线性递减 ,由相对于不设缝时的 92 %
下降至 74 %。可见在实际工程中 ,凹槽的深度不可过
大 ,上述分析为选择合适的槽深提供了参考 。
312 凹槽板厚度的影响
图 4 ,5 显示凹槽板的温度应力很小 ,可以不考虑 。
取凹槽板厚度为 1 ,5 ,10 ,20 ,50 ,100 ,150 ,200 ,250 ,300 ,
凹槽缝 (图 3) 是一种缝宽与永久温度缝相同的凹 槽形连续板 。设置凹槽缝后 ,不但能达到不设永久伸 缩缝的目的 , 还能满足结构施工阶段连续浇筑施工的 要求 ,是超长结构无缝设计的新方法 。
图 3 凹槽缝设置详图
在一定间隔的楼板上设置凹槽缝 ,在垂直缝的方 向上可使温度应力计算的直线长度减小 ,而凹槽转动 又能进一步释放温度变形 ,使温度应力大为减小 。在 平行缝方向 ,凹槽板带巨大的剪切刚度又保证了楼板 变形传递的连续性 ,使结构侧向刚度不会大幅下降 。
楼板平面内的连续性是结构各抗侧力构件协同工 作的前提 ,也是保证结构总体侧向刚度的关键 ;而同一 平面内大范围楼板的连续性又会导致楼板内温度应力 过大 。在保证结构侧向刚度的前提下 ,有效地降低温 度应力是工程面对的难题 ,而凹槽式伸缩缝的设置正 是解决此问题的有效方法 。
图 1 剖面图
70
作者简介 : 张坚 ,高级工程师 ,一级注册结构工程师 , Email :zhangjian @siadr. com. cn 。
(1) 结构设计应严格遵守现行规范的有关规定 ,计 算时应保证计算假定与实际结构相符合 ,特别是对大 跨度楼盖 ( 超过适宜跨度的楼盖) 应特别慎重 。必要 时 ,应加强构造措施 ,肋中应设限位钢筋 ,保证竹芯盒 的平面位置和尺寸及肋的刚度 。
(2) 施工应采用可靠的施工方案 , 使施工荷载分 散 、均匀 ,避免上部荷载直接传至现浇空心楼板 ,使其 早期超载受力 ,产生裂缝 。
(下转第 113 页)
71
端按嵌固考虑 。但 300 ×750 的边梁无法提供板端的 嵌固条件 。在施工荷载作用下 ,框架边梁首先产生裂 缝 ,同时框架柱配筋不足 ,无法抵抗板端负弯矩 ,也产 生裂缝 。由于现浇密肋空心楼板的边界条件不满足四 边嵌固的要求 ,故楼板实际接近于四边简支条件 ,导致 楼板跨中弯矩增大 。由于设计楼板下部纵筋不足 ,使 楼板底部产生明显的受力裂缝 。
减小 。相对于不设缝时 ,当凹槽板厚小于 50mm 时 ,结
构的等效侧向刚度有较大减小 ,低于不设缝时刚度的
80 % ;而凹槽板厚从 100mm 增加到 500mm 时 , 结构的
等效侧向刚度仅增加 6 %。
前述分析表明 , 凹槽板对连接结构成为整体十分
凹槽板厚对等效侧向刚度的影响
表2
凹槽板厚 等效侧向 与不设缝 凹槽板厚 等效侧向 与不设缝 Πmm 刚度ΠkNΠmm 情况比较Π% Πmm 刚度ΠkNΠmm 情况比较Π%
图 4 升温 30 ℃时板内 应力云图ΠMPa
图 5 侧向荷载作用下 楼板变形图
图 6 凹槽深度对板内温度应力和等效侧向刚度的影响
分析可知 ,随着凹槽深度的增加 ,板内的温度应力
和结 构 的 等 效 侧 向 刚 度 逐 渐 减 小 。但 凹 槽 深 度 从
500mm 增加到1 000mm 时 , 温度应力的减小幅度并不
不设缝 16 700
-
100
13 487
81
全断开 4 091
24
150
13 592
81
1
8 168
49
200
13 699
82
5
11 236
67
250
13 807
83
10
12 153
73
300
13 917
83
20
12 750
76
500
14 493
87
50
13 233
79
-
-
-
重要 。设计上 ,需要控制荷载标准组合极限状态下板 内主拉应力 < 混凝土轴心抗拉强度标准值 f tk 。构造 上 ,一般取板厚 200mm ,采用双层双向配筋 ,且每层每 个方向的配筋率不宜小于 014 %。 4 结论
(2) 楼板内肋中应为封闭箍 ,施工时改为 S 形箍 后 ,竹芯盒之间未设限位钢筋 ,造成在浇筑混凝土时 , 既不能保证竹芯盒箱体的平面位置 ,又不能有效控制 肋宽和截面尺寸 ,使实际施工与结构计算模型不符 ,从 而影响空心楼板的整体受力性能 。
(3) 施工过程中 S 形箍下部弯钩未与主筋绑扎 ,部 分 S 形箍下部与底板上部钢筋出现空隙 ,拉结不牢 ,造 成下部钢筋未能得到有效约束 ,未能保证钢筋位置的 准确性 ,使顶板和底板受力不均匀 ,变形不协调 。
由图 4 , 5 和表 1 可知 ,楼板内不设伸缩缝时 ,结构
凹槽深度对板内温度应力和等效侧向刚度的影响 表 1
凹槽深度 Πmm
不设缝 全断开
500 600 700 800 900 1 000
板内最大温度应力
计算值 ΠMPa
与不设缝情 况比较Π%
512
-
116
31
214
46
212
43
210
39
119
1 问题的提出和研究现状 乌克兰基辅市某商住小区项目建造于土坡地上 ,
坡地东西高差近 30m ,坡度约 45°( 图 1) 。地下为半开 敞建筑 ,纵向长达 400 多 m。巨大的不平衡土压要求 结构地下室形成具有相当侧向刚度的整体 ,设计根据 上部建筑的情况 ,通过沉降缝将结构划分为 3 个单元 , 每个单元内至少具有 1 个高层单体 ,以利用高层的核 心筒及地下室增设的混凝土墙抵抗土压力 ( 图 2) 。但 即便是断开的每个单元 ,长度也达 150 多 m ,由于核心 筒和混凝土墙的存在 ,温度作用下板内应力巨大 。如 何既能保证单元的侧向刚度 ,又能有效地降低温度应 力是设计考虑的一个重点 。
Design of control joint structure Zhang Jian , Liu Guiran
(Shanghai Institute of Architecture Design and Research , Shanghai 200041 ,China) Abstract :The control joint structure was presented based on the concrete project. The whole structure was divided into 3 structural elements , and the control joint was used within each element. Both theoretical analysis and configuration research were conducted. It is found that the control joint structure can provide high lateral stiffness and reduce the temperature stress effectively. Keywords :control joint ; super long structure ; temperature stress
5 结论和建议 文中楼盖跨度超过 15m ,未采取有效加强措施 ,实
际边界接近简支 ,导致楼盖受力性能产生变化 。施工 时对大跨度受力敏感的楼板未采取隔层拆模的措施 , 造成早期施工超载 ,施工工艺又有不妥 ,使该楼盖在施 工阶段出现受力裂缝 。为了防止上述类似裂缝产生 , 提出以下几点建议 :
上述分析表明 ,设置凹槽缝对结构的温度应力有 显著的降低作用 ,同时又能提供相当的侧向刚度 ,保持 结构的整体性 。 3 凹槽式伸缩缝参数分析与构造措施
为确定凹槽深度和凹槽板厚度 ,对设缝后结构的 温度应力及侧向刚度的影响 ,进行参数分析 。 311 凹槽深度的影响
取凹槽深度为 500 ,600 ,700 ,800 ,900 ,1 000mm 以 及不设缝和全断开几种情况计算了结构温度应力和等 效侧向刚度的变化情况 ,并进行了比较 ,见表 1 和图 6 。
37
118
35
117
33Hale Waihona Puke Baidu
等效侧向刚度
计算值 ΠkNΠmm
与不设缝情 况比较Π%
17 258
-
6 182
36
15 951
92
15 415
89
14 809
86
14 153
82
13 466
78
12 768
74
的整体性较强 ,水平力作用下呈连续的弯曲变形 ,但楼 板内的温度应力较大 ,最大值达 512MPa ; 而将各结构 单体 完 全 断 开 时 , 楼 板 内 的 最 大 温 度 应 力 仅 为 116MPa ,但此时结构单体未形成整体 , 高层呈弯曲变 形 ,多层呈整体平动 ,等效刚度仅为不设缝时的 36 % ; 当楼板内设置凹槽缝 ( 缝深度为 500mm) 后 ,楼板内的 最大温度应力下降为不设缝时的 46 % ,水平力作用下 凹槽缝有明显的剪切变形 ,但结构单元仍呈整体弯曲 变形 ,等效侧向刚度仅比不设缝时下降 8 %。
(上接第 71 页)
500mm 以 及 不 设 缝 和 全 断
开几 种 情 况 计 算 了 结 构 等
效侧 向 刚 度 , 并 进 行 了 比
较 ,见图 7 和表 2 。 分析可知 ,结构的等效
侧向 刚 度 随 着 凹 槽 板 厚 的
图 7 凹槽板厚对等效 侧向刚度的影响
增加而增加 ,但其增长幅度在板厚超过 50mm 后明显
(3) 现浇密肋空心楼盖一般跨度较大 、表面积大 , 应优化混凝土配合比设计 ,提高混凝土的和易性和密 实性 ,并加强混凝土养护 ,以保证混凝土后期强度 。
参考文献
[1 ] CECS175 :2004 现浇混凝土空心楼板楼盖结构技术规程 [ S] . 北 京 :中国计划出版社 ,2005.
[2 ] DBJ T25 —3017 —2005 现浇混凝土空心楼盖结构技术规程[ S] .
第 40 卷 第 4 期
建 筑 结 构
2010 年 4 月
凹槽式伸缩缝结构设计
张 坚 , 刘桂然
(上海建筑设计研究院有限公司 ,上海 200041)
[摘要 ] 根据工程实例 ,提出了凹槽式伸缩缝结构设计 。整体结构划分为 3 个单元 ,每个结构单元内部采用了凹槽 式伸缩缝的处理 ,并对该措施进行了一定的理论分析与构造研究 。分析表明 ,凹槽式伸缩缝的设置 ,既保证了单元 的侧向刚度 ,又降低了温度应力 ,获得了良好的设计效果 。 [ 关键词 ] 凹槽式伸缩缝 ; 超长结构 ; 温度应力
一般的超长混凝土结构在温度应力和收缩应力作
用下容易开裂 。混凝土不开裂分段长度按下式计算[1] :
[ L ] = 115
ECCXHarch
αT αT - εP
(1)
式中各参数意义见文[ 1 ] 。
图 2 总平面图
可知 ,当混凝土分段长度大于[ L ] 时 ,需要采取措 施防止混凝土开裂 。设计上通常按照“以放为主 ,以抗 为辅”的原则 ,采用设置后浇带 、添加外加剂 、施加预应 力等手段 。然而设置后浇带只能释放早期混凝土收缩 应力 ,添加膨胀剂长期作用效果不明显 ,施加预应力造 价高 、工序多 、工艺复杂 ,都不是很好的方法 。 2 凹槽式伸缩缝的设计及计算分析
以工程某结构单元为例 。单元由 3 个 T 形高层和 2 个平面矩形多层组成 。使用 ETABS 软件分析 ,由于 楼板和凹槽缝本身受力近似于平面状态 ,因此可采用 组合了膜和板弯曲行为的 3 或 4 节点单元的壳单元[2] 模拟 ,并且该壳单元还可以在厚度方向设任意数量的 层 ,更便于分析楼板和凹槽厚度方向的受力状态 。为 考察凹槽缝的有效性 ,分别计算了不设缝 、完全断开及 设凹槽缝 (缝深度为 500mm) 3 种模型在楼板升温 30 ℃ 时的温度应力分布情况 。同时 ,在这 3 种模型的楼板 处沿长度方向分别施加水平均布力 ,并定义水平力与 楼板最大侧移的比值为等效侧向刚度 ,考察 3 种模型 侧向刚度的变化情况 。分析结果分别见图 4 ,5 和表 1 。
(4) 作为大跨度双向密肋空心楼板 ,由于施工荷载 大 ,通常应采用隔层拆除模板的施工方案 ,以防出现楼 板变形及裂缝 ,而该工程在施工时未采取上述办法 ,浇 筑层 2 梁板混凝土时 ,层 1 的支撑和模板已经拆除 ,造 成上层荷载通过层 2 的模板和支撑直接传至下层楼 板 ,使楼板直接承受上层施工荷载 ,加之拆模时 ,楼板 施工超载 ,导致楼板早期受力 ,产生裂缝 。