专利技术|一种咬合式地下室楼盖变形缝
2017-09-01
“万物皆有裂痕，那是光进来的地方。”
裂缝在建筑中也不例外，而那却很可能是漏水的地方。
工程裂缝是建筑结构中具有相当普遍性的技术难题，根据大量的工程实践与现代工程材料的细观研究，建筑结构的裂缝是不可避免的，而且可能会引起渗漏、保护层剥落，钢筋腐蚀，混凝土碳化等一系列问题。
但是，超长结构采取有效措施后可以避免发生裂缝。
我国著名工程结构裂缝控制专家王铁梦就工业与民用建筑温度伸缩缝与裂缝控制问题提出了“抗”与“放”的设计原则，接下来介绍的变形缝设置就遵循了“放”的设计原则。
什么是“放”？ “放”，就是将整体的混凝土结构分割成较小的单元，以此来减少建筑物因为温度和湿度等因素的变化引起的胀缩变形，避免引起建筑物开裂。为克服过大的温度差而设置的缝隙称为“伸缩缝”，为“变形缝”的一种。
因此，超长结构的地下室为避免因钢筋混凝土楼盖收缩而产生楼板裂缝，常采用设变形缝作为其中一个解决方法。
常规地下室变形缝
但是，常规地下室变形缝的设置在有效减少建筑物裂缝产生的同时，也带来了新的问题。
如上图所示，在设置变形缝之前，地下室左侧的水土压力与右侧的水土压力相互平衡。而在设置变形缝后，地下建筑物相互之间变得相对独立，外侧的水土压力完完全全由左右两侧的地下室建筑结构独自承担。当地下室越来越深的时候，这种压力就显得愈发难以承受。
而在设置变形缝后，计算嵌固端也会相应地由水平面下移至地下室底板，在测量楼层高度时上部塔楼会“长高”，万一发生地震，地下室部分失去左右支撑的中间塔楼震感也会更加明显。
咬合式地下室楼盖变形缝
鉴于常规变形缝设计的不利影响，同时考虑到地下室楼盖开裂主要是由于拉应力引起的，而温度变化引起的楼盖压应力、剪应力一般不致引起楼盖开裂，在不改变地下室楼盖作为上部塔楼嵌固端及地下室外壁水平支撑的力学性能要求的情况下，瀚华总经理（前结构总工）郑建东与结构所有关同事对常规的变形缝进行优化设置，设计了一种咬合式地下室楼盖变形缝，并成功申请了实用新型专利。
设计思路：释放拉应力，传递压应力、剪应力。 该变形缝的特征： 1．变形缝中间包含两个由压型钢板切割而成的凹凸折合板，凹凸折合板的厚度为1mm。 2 .两个凹凸折合板之间相互紧贴，但可以活动。并且凹凸折合板另一侧分别连接在两侧的楼体内。 3．相邻两个凹凸处的方向相反。 4．凹凸折合板凹凸处的截面为等腰梯形，且等腰梯形的斜边与所在水平面夹角成117° 。
对该变形缝的性能检测
为此，就地上20 层，地下3 层，地下室平面尺寸为50m × 180m的建筑原型设置了三个简化模型对该变形缝进行了对比检测。
模型A地下室部分不设缝，模型B则设置常规变形缝，模型C在不改变模型B设缝位置的基础上，采用咬合式地下室楼盖变形缝。
温度效应下地下室顶板长向拉应力对比图
咬合式变形缝模型C与分离模型B的楼板应力较接近，仅为连续模型A的1/8,因此咬合式变形缝与常规分缝一样可以有效卸除楼板因降温、收缩引起的楼盖水平拉应力。
楼层剪力、楼层位移、层间位移角响应曲线对比图
咬合式变形缝模型C与连续板模型A的地震响应基本一致。咬合式变形缝的地下室顶板仍可以作为上部塔楼的嵌固端。
如何释放拉应力？ 凹凸折板咬合式变形缝采用双层紧贴的压型钢板分隔开两侧的钢筋混凝土楼盖，从而切断拉应力的传递; 如何传递压应力？ 由于双层压型钢板采用紧贴设计，楼盖的水平压应力可以通过贴合面传递; 如何传递剪应力？ 压型钢板形成的凹凸企口可以传递变形缝间的剪力。
目前，该变形缝已经被应用于超长结构的地下室实践当中。
该专利在实际中的应用
实例一
清远某项目示意图
该项目两层地下室，地下室尺寸为69m ×174m，地下室一面临近山体，有8 ～ 10m 侧向土压，另一面则临空，成为外露地下室。
在结合项目实际情况下选用的凹凸折板咬合式变形缝设计经验算满足所用混凝土的受压、受剪强度要求。
实例二
湛江某项目示意图
该项目地下室尺寸为234m × 136m，地下3 层，目前项目已封顶完工，地下室楼板未发现肉眼可见裂缝，效果良好。
需要注意的是，凹咬合式变形缝设计，需对其在各种工况下的节点应力、变形进行分析，并采取针对性设计及施工措施，这样才能达到预期效果。