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地下室伸缩缝开裂怎么处理(U形混凝土伸缩缝开裂维修方法)

建筑构件因温度和湿度等因素的变化会产生胀缩变形。为此,通常在建筑物适当的部位设置垂直缝隙,自基础以上将房屋的墙体、楼板层、屋顶等构件断开,将建筑物分离成几个独立的部分。

为克服过大的温度差而设置的缝,基础可不断开,从基础顶面至屋顶沿结构断开。

本文就某种U形混凝土地下室伸缩缝开裂进行了介绍和探讨,分析了该伸缩缝开裂的机理,由于沿伸缩缝长度方向两侧的刚度不同,造成伸缩缝挂板在温度荷载作用下内力和变形不协调,因此出现开裂。

对该伸缩缝设计方法做了初步的浅析,在裂缝开展分析的基础上,给出了该类伸缩缝的概念设计方法,最后建议今后的工程应尽量避免使用同类型的伸缩缝。

《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)规定:高层建筑不宜设置变形缝。目前有些地下室超长,不设置变形缝容易在温度应力作用下开裂,因此很多超长的超大的地下室还是采取设置伸缩缝的做法。

但是变形缝做法复杂,且如果防水措施没做好的话,地下室变形缝容易漏水。

只要地下室结构温度荷载施加合理,结构根据计算结果配筋,地下室局部难免开裂还是可以接受的。

1 概述

目前有一种U形混凝土伸缩缝,是某种实用新型发明专利,如图1、图2所示,可以解决地下室变形和漏水的问题,有部分应用于大型地下室,该伸缩缝的特点是将地下室设缝处的两部分重新连接了起来。

图一

图二

也有部分文献对这种U形变形缝有所介绍,但是分析普遍深度不够,研究不透彻。

该伸缩缝的做法是在地下室伸缩缝梁侧梁上挂混凝土板,将板视作连接两边地下室部分的弱连接弹簧,利用板弹簧在温度应力作用下的变形,从而实现在释放地下室温度应力的同时,板又起到了防水作用,解决了普通伸缩缝防水做法复杂的问题。

2 该伸缩缝存在的问题

虽然该缝的设计理念很好,但是也存在一些致命问题,并在实际工程中暴露了出来。

(1)设计过程复杂,一旦没有考虑好一些设计影响因素,造成设计不合理,很容易导致伸缩缝下的挂板开裂漏水,且由于地面填土已经施工完成,因此伸缩缝开裂后漏水点很难再找到,柱子之间的板开裂后更难处理,因为柱子之间缝隙只有100 mm,根本没有施工的空间。

因而,板开裂漏水后极难处理。图3、图4为该伸缩缝在深圳市某实际工程应用当中开裂后漏水情况。

图三

图四

从图3、图4开裂的图片看,挂板中部有条贯穿纵向的裂缝,挂板在梁柱根端部有混凝土剥离开裂的斜裂缝。我们将在后面分析形成这些裂缝的原因。

3 开裂原因探讨

该项目出现裂缝漏水后引起了业主和设计方高度的重视,但是都找不到开裂的原因。

作者用SAP 2000模拟了这种变形缝开裂的机理。并对该伸缩缝开裂机理做了部分探讨,分析如下。

3.1 建立SAP 2000地下室及变形缝模型

地下室柱跨度取8 m,层高3 m,伸缩缝两侧取300 mm×800 mm高,伸缩缝挂板取150 mm厚,温度升温30℃。

建了两个模型,模拟伸缩缝在梁柱节点上连接模型(见图6)和伸缩缝只在梁处连接模型(见图7)。

图六

图七

3.2 分析结果

对比了这两个模型在挂板与梁连接处同一位置的弯矩和变形。先分析梁柱节点处的弯矩和变形情况,从图8可以看出,连接处弯矩约为13.66 k N·m。变形图见图9,节点X方向位移约为-0.09 mm,Z方向位移约为0.64 mm,平面内绕Y轴转角0.000 17 rad。

从结果可以看出板弯矩和变形都较小。

图10为只在梁处有挂板的弯矩图,弯矩约为24.60 k N·m,图11为位移图,节点在X向位移约为-0.09 mm,Z方向位移约为4.39 mm,平面内绕Y轴转角0.000 74 rad。

通过数据我们不难发现,在非梁柱节点处弯矩较大,该节点在各个方向上与在梁柱节点处都有变形差,特别是竖向和转角差较大,这恰恰吻合了我们在上文中看到的裂缝情况:挂板在梁柱节点处竖向产生了位移,且由于旋转将挂板拉裂,可以将此处的挂板看成是个压弯构件。

同理,当降温时,挂板为拉弯构构件。挂板在反复的升温和降温荷载作用下不断地拉、压受力,导致开裂。

从弯矩图可以看出,与挂板相连的梁在温度应力作用下受扭,因此,梁的箍筋和纵筋计算荷载考虑不足,也会引起梁开裂破坏。

挂板在跨中开裂仅仅是跨中受弯造成的。

4 设计方法浅析

关于该类型的变形缝设计方法文献可参考的很少,笔者在裂缝开展的机理基础上,对该变形缝的设计方法做一个初步的探讨和建议。

笔者先做一个设计假定,即在温度应力作用下板跨中要先于梁出现塑性铰,从而保护了梁不被板拉扯开裂。在温度应力消失后,板恢复弹性。

(1)按倒置的钢架建立弹性分析模型,分析变形缝在温度应力作用下的内力和变形。

(2)将弹性分析的板弯矩作为极限弯矩Mu,即在温度应力作用下,板出现塑性变形。用Mu/1.5得出板的屈服弯矩Ms,根据屈服弯矩Ms计算挂板跨中及支座配筋及截面,配筋计算过程详见《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)[7]。

(3)用有限元软件,如SAP2000,Ansys软件分析挂板及梁塑性铰发展顺序,检验梁板配筋。

此处应注意,进行弹塑性分析时梁钢筋量应输入梁箍筋面积,梁常因箍筋配置不足而出现拉裂,这也是该类节点容易出工程事故的地方。从图5我们可以看出,梁箍筋直径远没有挂板配筋大,这就造成梁比板先出先塑性铰,这也是梁开裂破坏的原因之一。

5 结语

由于地下室面积较大,一旦该伸缩缝开裂漏水失效,将给业主造成重大损失,且难以弥补。

地下室伸缩缝两侧分为有梁柱节点处和纯框架梁处,而挂板是同时连接跨越了这两处,由于该两处刚度不同,给挂板造成的约束不同,挂板便在这两处变形不协调,造成变形差,在反复升、降温度荷载作用下开裂破坏。

笔者认为,边梁被板开裂的原因之一是板做得太刚,梁在变形后比板先出现塑性铰,先开裂,而板因为很刚,将梁拉扯开裂,而梁箍筋又配少了,导致梁受扭承载力不足,因而开裂破坏。

笔者为这类变形缝的设计做了初步的浅析,认为只要将连接板做得比较柔,设计合理,还是可以比梁先出现塑性铰开裂破坏,从而保护梁不被破坏。

鉴于开裂的原因分析和设计方法的初步浅析,笔者认为该伸缩缝裂缝很难避免,且设计过程烦琐复杂,一旦某个设计环节没有考虑周到,便给地下室开裂漏水埋下隐患,而漏水后找到漏水点极难,且修补工作困难重重,因此作者建议今后的工程应尽量避免使用同类型的伸缩缝节点。

参考文献

[1]杨园园.超长地下室温度裂缝的分析与处理[J].建筑技术开发,2019,46(09):18-20.

[2]赵欣.超长地下室混凝土结构裂缝控制设计[J].建筑工程技术与设计,2016(08):644-644.

[3]陆少连.超长地下室混凝土结构裂缝控制设计[J].建筑结构,2001,031(05):33-35.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ 3—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[5]潘向桃.超长人防地下室伸缩缝设置问题的探讨[J].建筑知识:学术刊,2013(B03):43-43.

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