超長建筑物屋面布置“叉柱+深U形梁”解決溫度伸縮問題

汪四新++汪凌云

[摘 要]不增加建造成本的情況下，超長建筑物不設溫度伸縮縫便可避免發(fā)生溫度裂縫。本文基于對既有建筑裂縫與滲水情況檢測，分析與研究其發(fā)生的原因，得出超長建筑物屋面布置“叉柱+深U形梁”可做到不設雙柱伸縮縫，解決溫度伸縮問題；同時能節(jié)約材料，降低工程造價.提高建筑物的使用效率與結(jié)構(gòu)安全性。該方法應用于實際工程中，使用效果良好，取得了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。

[關(guān)鍵詞]超長建筑 裂縫與滲水 叉柱+深U型梁 伸縮縫

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0093-01

1 引言

作者通過對既有建筑裂縫與滲水情況檢測，分析與研究其原因，總結(jié)出超長建筑物屋面布置“叉柱+深U形梁”可做到不設雙柱伸縮縫，解決屋面裂縫問題且能保持屋面結(jié)構(gòu)面連續(xù)及不出現(xiàn)類似伸縮縫的滲水問題。并將該方法應用于某物流園區(qū)一期工程，投入使用近8年，經(jīng)濟效益與使用效果均良好。

2 工程概況

該物流園區(qū)一期位于鹽田港港區(qū)，建筑面積約10萬平米，主體建筑三層，基本柱網(wǎng)12mx12m與12mx15m，建筑層高均為7.8m；分A-1、A-2庫區(qū)、樓層坡道，樓層連廊及輔助設施，車可直接從市政路通過坡道與連廊到達各層樓面。A-1、A-2單體平面尺寸分別為96mx120m與96mx156m，遠超規(guī)范規(guī)定的設縫長度。

該項目業(yè)主為全外資物流倉儲管理公司，以前國內(nèi)倉庫飽受伸縮縫滲水之苦且雙柱設計不符合集裝箱模數(shù)要求，建筑空間使用效率降低，故強烈要求建筑單體不設伸縮縫。業(yè)主的設計要求還包括樓面荷載35kPa，25kPa不等；樓面金剛砂面層與樓面梁板混凝土一次澆筑成形，不設建筑找平層；整個結(jié)構(gòu)均采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。

鹽田港區(qū)特點之一，臨海邊風荷載大，50年一遇的基本風壓按0.9kPa設計，高于市區(qū)其它位置的0.75kPa；特點之二就是植物少，夏天晝夜溫差大，正午屋面溫度達80度以上，晚上海風一吹溫度迅速回到27度左右。受環(huán)境影響，夏天庫區(qū)建筑物伸縮變形頻繁，很容易引起屋面板與外墻裂縫甚至出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，并影響結(jié)構(gòu)耐久性、安全性。故庫區(qū)外墻與屋面裂縫及滲水問題是庫區(qū)建筑物的通病。

統(tǒng)計我院完成的上千棟既有建筑裂縫與滲水檢測情況，其檢測結(jié)果表明：建筑物長度在60m以上的，其樓面、屋面、外墻等出現(xiàn)非沉降因素引起的裂縫概率在50%以上，裂縫基本等間距平行出現(xiàn)，且裂縫修補后，成繼續(xù)出現(xiàn)的趨勢甚至原位再開裂；裂縫是出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的原因之一，但滲水最嚴重的位置，基本出現(xiàn)在建筑物的伸縮縫位置，因伸縮縫設計或者維護不當，很容易引起縫兩側(cè)位置屋面及墻面滲水，導致梁、柱、板鋼筋銹蝕爆裂，影響結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性。因此平面超長建筑物設縫與不設縫均可能會存在問題。特別是本項目A-2庫區(qū)單體，縱橫向長度都遠超規(guī)范要求，在溫度應力作用下，常規(guī)不設縫的設計方法，其樓屋面將受到雙向溫度應力影響而產(chǎn)生水平變形與混凝土裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全。本項目設計中對屋面采用“叉柱+深U形梁”設計方法，對外墻，采用結(jié)構(gòu)構(gòu)件外掛墻板的設計方法，解決了屋面及外墻溫度裂縫問題。

3 設計與分析

3.1 基礎(chǔ)設計對上部建筑變形影響分析

該建筑場地為推山填洼場地，場地填土約8m左右，基礎(chǔ)設計預應力管樁基礎(chǔ)，樁長基本在30m左右，樁基施工前，對擬建場地進行了強夯處理。樁基靜載檢測結(jié)果表明，樁基豎向變形量較小，樁基承載力可靠，理論上做到上部建筑不會因基礎(chǔ)不均勻沉降而帶來的上部結(jié)構(gòu)裂縫。因為既有建筑中，如果基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)拉應力與溫度應力的結(jié)合更容易使結(jié)構(gòu)梁、板、柱及填充墻產(chǎn)生裂縫，影響建筑物的正常使用與結(jié)構(gòu)安全，因此超長建筑，控制建筑物不均沉降是最基本的要求。

3.2 樓面不設縫情況分析

既有建筑檢測中發(fā)現(xiàn)，空曠且空置的房屋更容易出現(xiàn)樓面板裂縫，但較少出現(xiàn)在正常使用的房屋中，即使是連續(xù)平面長度超規(guī)范限值50%以上，如超市、廠房、倉庫等等?？罩玫姆课菁词菇ㄖ误w長度少于規(guī)范限值約30%左右，也常會出現(xiàn)溫度裂縫。如2001～2002年，樓市不景氣，因樓面裂縫問題投訴的事件較多，房屋常被要求做結(jié)構(gòu)安全性檢測鑒定，鑒定結(jié)果基本是溫度裂縫。統(tǒng)計該類建筑單體長度僅35m左右，寬度15m左右，遠低于規(guī)范要求的設縫限制；房屋特點普遍是毛胚房未裝修、空置，單層玻璃的大外窗。因此房屋在正常使用狀態(tài)下樓面是比較難出現(xiàn)溫度裂縫的。其原因是一方面裝修房屋有窗簾得的遮陽作用；另一方面快速升降溫度，容易產(chǎn)生混凝土構(gòu)件裂縫，非空置房屋的室內(nèi)物品儲存一定的熱量（白天）或者冷量（晚上），與室外熱交換時，可減少室內(nèi)升（降）溫速率，有利于溫度應力均勻分布，避免產(chǎn)生樓板裂縫。再樓面出現(xiàn)裂縫，不影響滲水問題，其實比設伸縮縫更優(yōu)。故超長平面通過采取常規(guī)措施做到不設雙柱伸縮縫是基本可行。

3.3 建筑外墻立面溫度控制分析

本項目A-2區(qū)樓面荷載大，跨度大，梁截面剛度大。混凝土導熱性能好，如果梁柱直接受太陽輻射，梁縱向溫度伸縮變形對結(jié)構(gòu)柱的影響不能忽略。既有建筑檢測中也常發(fā)現(xiàn)建筑外立面的外八字裂縫，對應的豎向構(gòu)件產(chǎn)生了一定的側(cè)向位移與結(jié)構(gòu)裂縫，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)劣化現(xiàn)象。因本項目屬于倉儲建筑，外墻開窗面積小，故設計采用了框架梁柱外掛180mm混凝土空心外墻板方案?？招膲Π遄鳛橥饩S護結(jié)構(gòu)，具有一定的強度與剛度，能抵抗一定水平荷載作用；其導熱系數(shù)低，能充當邊框架梁柱的外保溫層，可減少緊靠外墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫差，降低水平構(gòu)件伸縮變形量；墻板之間的彈性硅酮膠，可調(diào)整外墻面的伸縮變形，避免裂縫，解決外墻滲水問題。隨著建筑工業(yè)化的推廣，空心墻板現(xiàn)已成為比較成熟的建筑構(gòu)件。

屋面通過“叉柱+深U形梁”設計，達到屋面結(jié)構(gòu)連續(xù)卻又做到了以“放”的方法解決溫度伸縮的問題。該方法采用使建筑大平面轉(zhuǎn)化為幾個符合規(guī)范要求的小平面組合體，而各小平面又在大平面內(nèi)基本自由伸縮變形。深U型梁上開口寬300mm，底部是100mm厚的弱板連接，一方面容許深U型梁側(cè)面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角，放松對小平面的邊界約束，以達到板塊在平面內(nèi)的相對自由伸縮；另一方面U形梁上端口開，下端連接，確保屋面結(jié)構(gòu)防水連續(xù)，不存在通透的伸縮縫，避免常規(guī)伸縮縫滲水問題；與U型梁連接的結(jié)構(gòu)柱，在柱頂設叉，即在頂部梁柱節(jié)點區(qū)域，中柱分為4個柱，形成十字叉，邊柱分為2個柱，使U型梁與柱頂節(jié)點連接減弱以協(xié)調(diào)梁側(cè)向扭轉(zhuǎn)變形，降低了屋面大平面伸縮變形對結(jié)構(gòu)柱的不利影響，提高了結(jié)構(gòu)安全度。同時深U形梁兼做屋面排水溝，分塊組織大屋面的排水，經(jīng)濟合理且更具有施工可行性。

4 總結(jié)與推廣應用

屋面采用“叉柱+深U形梁”結(jié)構(gòu)設計方法，解決超長建筑屋面板溫度伸縮問題，避免常規(guī)“放”與“抗”設計方法帶來建筑物滲水問題，該方法實施可大尺度突破國家規(guī)范規(guī)定的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑物長寬不設伸縮縫限值55m的要求，并降低了建造成本，提高了結(jié)構(gòu)安全度與建筑物的使用效率。如A-2庫，同等建筑面積，對比雙柱伸縮縫設計，可降低結(jié)構(gòu)造價約8%，提高庫區(qū)利用率約10%。該項目2007年底通過竣工驗收并投入使用，現(xiàn)已正常使用近8年，無屋面、樓面及外墻裂縫與滲水現(xiàn)象，業(yè)主滿意。2011年，業(yè)主啟動二期56萬平米的物流園區(qū)建設，也推廣應用了該方法，目前也已竣工使用2年，效果良好。