变形缝对高层建筑的影响

变形缝对高层建筑的影响

宋东喜

河南中筑建设工程有限公司河南省453400

摘要：本文浅谈了高层建筑结构的发展、特点及类型，三种变形缝的定义，特点，设缝要求，针对高层建筑，重点讨论变形缝的设置理念及要求，主要研究结果为：高层建筑宜尽量不设缝或少设缝；需要设缝时，按“联得牢固，脱得彻底”的原则进行设计，必须保证必要的缝宽以防止震害。

关键词：变形缝；高层建筑；缝的设置；抗震

1高层建筑结构的发展、特点及类型

1.1高层建筑结构的发展

随着城市的发展和科学技术的进步高层建筑、超高层建筑如雨后春笋般在世界各地遍处生花。在我国，从80年代开始，高层建筑进入高速发展，建筑层数和高度不断增加，功能和类型越来越复杂，结构体系日趋多样化。仅1980～1983年所建的高层建筑就相当于1949年以来30多年中所建高层建筑的总和。比较有代表性的高层建筑有：北京中央彩色电视中心，主楼27层，112.7m，是当时我国8度地震区中最高的建筑（按9度设防）；上海第一家五星级宾馆—静安希尔顿饭店，建筑面积69244㎡，包括塔楼43层，总高143.6m，外形呈三角形；深圳的国际贸易中心大厦，50层，高158.65m；深圳发展中心大厦，43层，高165.3m，加上天线的高度共185.3m，这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。广州广东国际大厦，钢筋混凝土结构，63层，高为200.2m。深圳贤成大厦钢筋混凝土筒中筒结构，塔楼为八角形平面，整个建筑61层，高218m。广州中天大厦，筒中筒结构，80层，322m高。深圳的地王大厦，81层，高325m。上海的金茂大厦，88层，高421m。

1.2高层建筑结构的特点

高层建筑得以迅速发展因为其的发展有利于节约用地、解决住房紧张，减少市政基础设施和美化城市空间环境。从某种意义上说，现代高层建筑是现代化城市的标志。然而高层建筑不同于一般的普通建筑，有其特殊的属性。

1.3高层建筑结构的类型

高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造高层建筑的一个重要方面。

钢筋混凝土结构具有造价较低、取材丰富、并可浇筑各种复杂断面形状，而且强度高、刚度大、耐火性和延性良好，结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，在高层建筑中得到广泛应用。

钢结构具有强度高、构件断面小、自重轻、延性及抗震性能好等优点；钢构件易于工厂加工，施工方便，能缩短现场施工工期。

钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构为更合理变形的高层建筑结构。这种结构可以使两种材料互相取长补短，取得经济合理、技术性能优良的效果。它是用钢材来加强钢筋混凝土构件的强度，钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，成为钢骨（或型钢）混凝土构件，也可在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件，成为钢管混凝土。

2.三种缝的定义及设置要求

2.1伸缩缝

为了防止建筑构件由于温度变化而产生热胀冷缩，使结构出现裂缝，甚至破坏而沿建筑物长度方向每隔一定距离所设置的垂直的构造缝，它也叫温度缝。伸缩缝是将基础以上的建筑构件如墙体、楼板、屋顶（木屋顶除外）等分成两个独立部分，使建筑物沿长方向可做水平伸缩。伸缩缝的位置和间距与建筑物的材料、结构形式、使用情况、施工条件及当地温度变化情况有关。

2.2沉降缝

为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝隙即为沉降缝。

沉降缝宜设置在：

（1）建筑平面转折部位；

（2）高度差异或载荷差异处；

（3）长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；

（4）地基土压缩性有显著差异处；

（5）建筑结构（或基础）类型不同处；

（6）分期建造房屋的交接处。

沉降缝的宽度与地基情况及建筑物高度有关，地基越软的建筑物，沉陷的可能性越高，沉降后所产生的倾斜距离越大。

2.3防震缝

建造在抗震设防烈度为6～9度地区的房屋，为避免破坏，按抗震要求设置的垂直缝隙即为防震缝。

2.3.1防震缝的设置原则依抗震设防烈度、房屋结构类型和高度不同而异。对多层砌体房屋来说，遇下列情况时宜设置防震缝：

（1）房屋立面高差在6m以上；

（2）房屋有错层，且楼板高差较大；

（3）房屋相邻各部分结构刚度、质量的不同。

2.3.2多层和高层钢筋混凝土房屋宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。当需要设置防震缝时，其防震缝最小宽度应符合下列规定：

（1）框架结构房屋，当高度不超过15m时，可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应增加高度5m、4m、3m、和2m，宜加宽20mm。

（2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用第1项规定数值的70%。

（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确定缝宽。

3高层建筑设缝要求

高层建筑设置“三缝”，可以解决产生过大变形和内力问题以及抗震问题，但也产生另外的问题。例如：由于缝的两侧均需布置剪力墙或框架而使结构复杂和建筑使用不便；“三缝”使建筑立面处理困难；地下部分容易渗漏，防水困难等，而更为突出的是：地震时缝两侧结构常因进入弹塑性状态，位移急剧增大发生互相碰撞而造成震害。

对于高层建筑，缝的设置妥当与否不但影响建筑的使用和建筑的立面效果，而且还导致多用材料、防水处理困难、构造复杂和施工不便的可能。特别是缝两侧的相邻部分，地震时常因相互碰撞而造成震害。因此，对于高层建筑，应通过调整平面尺寸，采取构造和施工措施尽可能不设缝，下面分别讨论三种变形缝的设置以及采取的相应措施。

3.1沉降缝

高层建筑主体结构的周围，常设有层数很少的裙房，它们与主体结构高度悬殊，重量差别很大，会产生相当大的沉降缝。如果没有其他办法和措施对付沉降差时，就要采取设置沉降缝的方法，将主体结构和裙房从顶到基础整个断开，使两部分自由沉降，以避免由于沉降差引起的附加应力对结构的危害。但是，高层结构常常设地下室，而设置沉降缝会使地下结构室结构复杂，缝部位的防水结构不易做好。在地震作用下，沉降缝两侧的土部结构容易互相碰撞造成危害。因此，可采取有效的方法不设沉降缝，将高层部分与裙房的结构练成整体，基础也连成整体，同时采取一些相应的措施以及减少沉降差。

3.2伸缩缝

在高层建筑中，收缩和温度应力的危害，在底部和顶部数层较为明显。因为在底部，房屋的基础埋在地下，其收缩和温度变化较小。因而，底部数层收缩和温度变形收到基础的约束。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，故可以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。

3.3防震缝

当高层建筑平面复杂，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，会产生扭转复杂的震动状态。因而在应力集中和连接的薄弱部位会造成震害。为了避免这种震害，当未采取有效措施时，需采用设置防震缝的方法。将箭镞分成规则的结构单元。关于宜设防震缝的情况和防震缝的宽度，《高规》已作了明确规定。防震缝应沿房屋全高设置，基础可不设缝，但在防震基础应加强构造和连接。

4.结束语

高层建筑变形缝处理方法多种多样，设置与否按具体情况确定，宜按“联得牢固，脱得彻底”的原则进行设计。如果不设缝，还需注意并加强地下室结构整体刚度，并防止裙房与高层交接部位的刚度突变，还要考虑到一缝多用。

参考文献：

［1］《土木工程施工》教材中国电力出版社

［2］《高层建筑结构设计教材》第二版

［3］《房屋建筑学》中国建筑工业出版社