三缝施工产生的问题及解决措施
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摘 要：建筑物设置“三缝”，虽然可以解决产生过大变形和内力等问题，同时却产生许多新的问题，本文主要介绍了三缝的设置原则、构造和解决措施。
1 前言
“三缝”使建筑立面处理困难；地下部分容易渗漏，防水困难等等，特别是缝的两侧相邻部分，地震时常因相互碰撞而造成震害。因此，在建筑设计中，应当调整平面尺寸和结构布置，采取构造和施工措施及能不设缝就不设缝、能少设缝就少设缝的原则。如果没有采取必要措施或必须设缝时，则须保证必要的缝宽，以防止灾害。
2 沉降缝、伸缩缝和防震缝的概念及设置
2.1 沉降缝
当同一建筑物中的各个部分由于基础沉降而产生显著沉降差，有可能产生结构难以承受的内力和变形时，可采用沉降缝将其分开。沉降缝不但应贯通上部结构，而且应贯通基础本身。通常，沉降缝用来划分同一建筑物中层数相差很多，荷载悬殊很大的部分，最典型示例是用来分开主楼和裙房的沉降缝，如图1所示。
设缝还是不设缝，应根据具体条件综合考虑。上述方法是一种传统的设置方法，可称为“放”。沉降缝的宽度，应考虑由于基础转动产生顶部位移的要求。对有抗震设防要求的建筑，沉降缝的宽度还应满足防震缝宽度的要求。设防震缝后，由于上部结构须在缝的两侧均设独立的抗侧力结构，形成双梁、双柱或双墙，建筑结构问题较多，地下室渗漏不容易解决。因此也可用“抗”这种方法来解决，即采用端承桩和利用刚度很大的基础。前者由坚硬的基岩或砂卵石层来承受，尽可能避免显著的沉降差；后者则用基础本身的刚度来抵抗沉降差，但此方法材料消耗较多、不经济，只能在特殊的情况下使用。目前，建筑物设缝趋向于采用上述两种方法的调和方法，可称之为“调”，即调整各部分沉降差。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。“调”的方法可采取如下措施。
①调压力差主楼部分荷载大，采用整体的箱形基础和筏形基础，降低土压力，并加大埋深，减少附加压力。低层部分采用较浅的十字交叉梁基础，增加土压力，使高低层沉降相近。
②调时间差先施工主楼，主楼工期长，沉降大，待主楼基本建成，沉降基本稳定后，再施工裙房，使后期沉降基本相近。
③调标高差当沉降值计算较为可靠时，主楼标高定得稍高，裙房标高定得稍低，预留两者沉降差，使最后两者实际标高相一致。在上述几种情况下，都要在主楼与裙房之间预留后浇带，钢筋连通，待两部分沉降稳定后再后浇混凝土使之连成整体。
2.2 伸缩缝
新浇筑的混凝土在硬化过程中会收缩以及已建成的结构在温度变化时会热胀冷缩。当这两种变形受到约束时，就在结构内部产生应力，分别称为收缩应力和温度应力，或者把两者合称为收缩和温度应力。混凝土结硬收缩的大部分在浇灌后的头1～2个月就完成了，而温度变化则是始终存在的。造成温度应力的温差有4种。
①季节温差指构件在混凝土初凝时的温度与构件在使用期间由于季节变化而出现的最高或最低温度间的差值。
②内外温差指结构在使用期间，由于构件内外气温不同，在其内外表面间所产生的温差。
③日照温差指房屋在使用期间，向阳面与背阳面之间的温差。
④大体积混凝土硬化过程中的温差。
混凝土的温度线膨胀系数为1.00×10-5，而结硬的收缩值为3×10-4房屋的长度愈长，楼板等纵向连续构件由于收缩和温度变化所引起的长度改变就愈大。如果这些纵向构件的变形，受到竖向构件(柱、墙)的约束，在纵向构件中会产生拉应力或压应力，而在竖向构件中也会相应的受到推力或拉力，严重时就会在构件中出现裂缝。在建筑物中。收缩和温度应力的危害，在底部和顶部几层较为明显。因为在底部，房屋基础埋在地下，其收缩和温度变化较小，因而底部数层的收缩和温度变形会受到基础的约束。在顶部，日光直接照射在屋盖上，相对其下各层楼盖，顶层温度变化剧烈，故可认为顶层相对的受到其下数层楼盖的约束。而中间各楼层，由于使用期间温度变化基本相同，相互间几乎没有约束，因而温度应力影响较小。为此，在建筑物中，常可在底部和顶部看到收缩和温度裂缝。温度和收缩应力普遍存在于钢筋混凝土结构之中，但在钢筋混凝土结构一般不计算其内力。因为，一方面建筑物各处的温度场分布和收缩参数等都很难准确地确定；另一方面混凝土不是弹性材料，它既有塑性变形，还有徐变和应力松弛，实际的内力要远小于弹性理论计算值。某些工程的温度应力计算表明，温度变化及收缩应力计算值过大，难以作为设计的依据。因此钢筋混凝土结构的温度变化及收缩问题，一般南构造措施来解决。为了消除收缩和温度变化对结构造成的危害，钢筋混凝土结构如未采取专门措施，则需设置伸缩缝，伸缩缝的间距不宜超过表1的限值。如有充分依据或可靠措施，表1的限值可以适当加大。相反，当屋盖无保温或隔热措施时，或位于气候干燥地区，夏季炎热且暴雨频繁地区的结构，以及当施工条件不利(如材料收缩较大或室内结构因施工外露时间过长)时，宜按经验适当减小伸缩缝的间距。设置伸缩缝的方法，通常是采用设置双墙或双柱的构造措施，将上部结构断开，分成独立的温度区段。对有抗震设防要求的建筑，伸缩缝的宽度应符合防震缝的要求。钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距跟沉降缝相似，伸缩缝的设置也会造成耗材过多、构造复杂和施工困难。实际上，在我们以往所作的许多工程中，长度虽超过表1规定限值，但由于采取了专门措施而未设置伸缩缝。可见，只要我们从构造和施工方面，使材料在长度方向的收缩稍有松动和活动的余地，则可使收缩和温度应力急剧下降，从而达到建筑物较长又可不设伸缩缝的目的。降低收缩和温度应力影响的措施，归纳起来有以下几种。
①设置后浇带。利用混凝土早期收缩占总收缩大部分这一性质，当建筑物过长时，可在适当距离选择对结构无严重影响的位置设置后浇带。通常每隔30m～40m设置一道，后浇带宽度一般为800mm～1000mm。后浇带混凝土的浇灌时间一般于2个月后，在此期间，可完成大部分的收缩变形。后浇带浇筑混凝土时的气温，宜与主体结构混凝土浇灌时的温度接近。后浇带内的钢筋，采用搭接(搭接长度45d)或直通加弯的做法，使后浇带两侧的结构在浇筑后浇带前能自南收缩。在受力较大部位留后浇带时，主筋可先搭接，浇筑后浇带前再进行焊接。
②顶部楼层改用刚度较小的结构形式，或顶部分为长度较小的几段，以适应阳光直接照射的屋盖顶板温度变化激烈的情况。
③在温度影响较大的部位提高配筋率，这些部位是顶层、底层、山墙、内纵墙端开间。
④从布置和构造方面采取措施减小温度应力的影响。屋顶受阳光直接照射，温度变化剧烈，通常应采取有效的保温隔热措施，或者用架空通风屋顶。也可以不使屋面连成整片大面积平面，而做成高低错落的屋顶。当然，这样会使屋顶构造复杂并增加造价，但仍可作为一种比较方案以供选择。另外，还应当注意：布置结构时，不要在长建筑物的端部设置纵向刚度很大的剪力墙或支撑系统，否则纵向温度变形受到限制，会产生很大的温度应力。
2.3 防震缝
当建筑物平面复杂，不对称或房屋各部分刚度高度和质量相差悬殊时，在地震作用下，会产生扭转和复杂的振动状态，因而在应力集中和连接薄弱部位，会造成震害。为了避免这种震害，可采用设置防震缝的办法，将平面和体形复杂的建筑物，分成若干个比较规则、整齐和均匀的独立结构单元。一般来说，遇下列情况时，宜设防震缝。
①平面长度和外伸长度尺寸超出相关规定的限制而又没有采取加强措施时；
②各部分结构刚度相差很远，采取不同材料和不同结构体系时：
③各部分质量相差较大时；
④各部分有较大错层时。
对于设置防震缝的建筑物，其防震缝的宽度也因建筑物的结构类型和高度不同而不同，现以高层钢筋混凝土建筑物为例说明如下。
①框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm，超过15m时，6°、7°、8°和9°相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。
②框架一抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用规定的70％；抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用规定数值的50％，且均不宜小于70mm。
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来确定缝宽。
防震缝应在地面以上沿全高设置，当不作为沉降缝时，基础可以不设防震缝。但在防震缝处，基础应加强构造和连接，高低层之间不要采用主楼框架设牛腿、低层屋面或楼面梁搁在牛腿上的做法，也不要用牛腿托梁的办法设防震缝，因为地震时各单元之间，尤其是高低层之间的振动情况是不相同的，连接处容易压碎。因此，建筑物各部分之间凡是设缝的，就要分得彻底；凡是不设缝的，就要连接牢固，绝不要将各部分之间设计得似分不分、似连不连，否则地震时连接处很容易被破坏。
3 工程实例
笔者参与某房地产的一栋住宅楼的设计，小高层，剪力墙结构。该住宅楼长度102.30m，远远超出规范要求。我们进行了仔细分析，列几种可行性方案。
①设两道伸缩缝，将建筑物划分成3个30m长的独立单元；
②设两道后浇带，将建筑物划分成3个30m长的结构单元；
③在中间设一道伸缩缝，将建筑物划分成2个50m长的独立单元，然后每个单元再设一道后浇带。经过对这3种方案的仔细分析与比较，我们认为：
方案一、最安全，对温度应力的消除效果最好。但缝两侧要设双墙，缺点也最明显，造价最高，对建筑立面的影响最大。
方案二、经济效果最好，但很难消除温度收缩应力，对建筑使用安全造成隐患。
方案三、既兼顾了建筑物的安全使用性，消除了温度收缩应力的影响，又兼顾了投资方的经济利益，是一个优秀的设计方案(详见图2)，
最终选择了该方案。另外，本建筑缝两侧荷载相差不是很大，该缝不必起沉降缝的作用，因此仅上部结构设缝。同时兼顾本建筑有抗震设计要求，其缝必须满足抗震缝的要求。
4 结束语
三缝的设置均会导致耗材多、构造复杂且施工困难。因此，设计者应力求通过调整平面形状和尺寸，改善结构布置，加强连接和关键薄弱部位的构造，以及采取适当的施工措施，尽可能做到不设置或少设缝。还要考虑到一缝多用，例如有抗震要求的沉降缝必然同时起到防震缝的作用，有温度要求的沉降缝和防震缝也必须同时起到伸缩缝的作用。所以，当无法避免而必须设缝时，要尽量把三缝统一考虑设置，做到既合理又经济。