变形作用对结构设计影响.doc

1、变形作用对结构设计影响（摘要）：建筑物在气温发生变化，地基产生不均匀沉降或在发生地震的情况下，建筑结构内部会产生附加应力和变形。这种附加应力和变形会使建筑结构产生裂缝，破坏，甚至坍塌。一般有两种方法解决：其一是加强建筑物的整体，增强整个建筑物的强度和刚度，并采取必要的结构技术措施，防止发生这些附加应力及变形引起对建筑的破坏；其二是将建筑在发生附加应力变形的敏感部位预先断开，并留有缝隙，以保证各分段的建筑物在这些缝隙中有足够的变形宽度而不造成建筑物的破损，这种将建筑物垂直分割开来的预留缝隙称为变形缝。 （关键词）附加应力，变形，缝隙，结构，变形缝，变形作用：由于外界因素的影响（如结构或构件的支座

2、移动或地基发生不均匀沉降） ，或自身原因构件发生伸缩变形（如混凝土构件发生徐变） ，使得结构物被迫发生变形和内力。一.地基变形影响：1.砌体结构房屋，地基不均匀沉降在砌体中引起附加拉力或剪力，当附加内力超过砌体本身强度便产生裂缝。2.单层厂房，因地面大面积堆载造成基础下沉，使柱身在附加弯矩作用下开裂。3.刚架桥，当右端支柱基础下沉，刚架梁柱相应产生附加弯矩。横梁节点处产生裂缝。4.连续梁桥，墩台沉降不均匀引起梁内附加力，如两端桥台下沉较大，则中间桥墩上梁身所受负弯矩增大，顶部会产生自上而下的裂缝。二.混凝土的收缩和徐变:1.混凝土的收缩：混凝土在硬化时，由于水泥胶体的凝缩和干燥失水以及碳化作用

3、引起的体积减小的现象。如果受到外部支承条件或内部钢筋的约束，会在混凝土中产生拉应力，加速裂缝的产生和发展，影响构件的耐久性和疲劳强度等性能。应考虑混凝土收缩变形计算结构附加内力，但常常通过构造措施降低和避免收缩影响，而不去计算收缩应力。例如：（1）限制结构物伸缩缝距离，控制结构不要过长；（2）设置后浇带减少混凝土早期收缩影响；（3）收缩应力较大部位加强配筋；（4）采用补偿收缩混凝土，设置膨胀加强带，抵销收缩变形和约束应力等。2.混凝土的徐变：荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间而增长的现象。有利与不利的影响：（1）对钢筋混凝土受压构件，徐变将荷载卸载给钢筋，使构件中钢筋的应力或应变增加，混凝土

4、应力减小，有利于防止和减小结构物裂缝的形成。（2）徐变对结构也有不利影响，如受弯构件受压区混凝土的徐变可使挠度增加，预应力混凝土结构的徐变将引起预应力的损失。三.建筑变形缝建筑物中还存在着几种变形缝，用于解决变形问题。变形缝分为三种：协调温差应力及变形的为伸缩缝；协调地基不均匀沉降变形的为沉降缝；协调地震应力及变形的为防震缝。由于气温变化，地基不均匀沉降及地震对建筑结构产生的附加应力及变形的形成和方向不同，因此其三种变形缝的设置也不同。1.伸缩缝：建筑物因温度变化的影响而产生热胀冷缩，在结构内部产生温度应力，当建筑物长度超过一定限度，建筑平面变化较多或结构类型变化较大时，建筑物会因热胀冷缩变形

5、较大而产生开裂。为了预防这种情况的发生，常常沿建筑物长度方向每隔一定距离或结构变化较大处预留缝隙，将建筑物断开。这种因温度变化而设置的缝隙就称为伸缩缝或温度缝。暴露在大气中的构件，如墙体、楼地层及屋顶等都将受环境温度变化的影响，因此都需断开，并设置伸缩缝。建筑的基础因埋入地下，温度变化较小，可不设伸缩缝。2.沉降缝：沉降缝是为了预防建筑物各部分由于不均匀沉降引起的破坏而设置的变形缝，凡属于下列情况应考虑设置沉降缝：（1）当建筑物建造在不同的地基上时。（2）当同一建筑物相邻部分高度相差在两层以上或部分高度差超过 10m 以上时。（3）当建筑物部分的基础底部压力值有较大差别时。（4）原有建筑物和扩

6、建建筑物之间。（5）当相邻的基础宽度和埋置深度相差悬殊时。（6）在平面形状比较复杂的建筑中，应将建筑物平面划分成规则简单的几何单元，在各个部分之间设置沉降缝。（7）当相邻建筑物的结构形式变化较大时。3.防震缝：为了避免因地震造成建筑的破坏，我国制定了相应的建筑抗震设计规范。对于多层砌体房屋，应优先采用横墙承重或纵横墙混合承重的结构体系。凡在 6 级设防地区的建筑物，下列情况之一应设置防震缝。（1）建筑立面高差在 6m 以上。（2）建筑有错层，而错层楼层高差较大。（3）建筑物相邻各部分结构刚度、质量截然不同。四.变形缝的施工建筑变形缝在施工中存在的问题及改进方法1.建筑变形缝设置 建筑变形缝设置

7、的目的是解决建筑物纵向长度过长、平面布置复杂或同一建筑物不同部位的高度及荷载差异较大时,安徽变形缝考虑到抗震及温度变化等因素的要求,为防止建筑构件纵向伸缩变化或地基的不均匀沉降时产生的附加压力,对建筑物造成变形破坏,而在变形敏感的部位设置沿建筑物垂直断开的变形缝, 缝宽一般为 70100mm。2.在施工过程中存在的问题及原因(1) 变形缝内垃圾未清理干净,影响建筑物应力变形,给建筑物的使用安全带来隐患。(2) 施工中层与层之间变形缝内堵塞的保温材料不交圈、封闭不严起不到保温隔热作用。由于变形缝两侧墙体(一般为 240 墙)内外温差较大,易产生冷凝水附着在墙体上,严重时造成两侧墙体长期潮湿、冻胀

8、,致使抹灰涂料层脱落。(3) 室内地坪水平变形缝,只填塞保温材料未做防水处理或盖板两侧缝隙密封不严,而缝两侧地坪不平整,致使地坪上的水顺着变形缝两侧缝隙流入缝内,污染下层墙体。(4) 竖向变形缝外侧做法一般为镀锌铁皮,由于安装不规范易脱落,影响使用功能及外墙美观。3,改进措施 针对以上问题,我们在施工过程中采取了以下改进措施,取得了较好的效果。(1) 在浇筑板或柱时,直接用同缝宽的苯板填嵌,自然形成水平、竖向保温带。(2) 及时清理缝内垃圾,并将其做为一道验收工序; 在技术交底中要求操作者应尽量避免将砖头、混凝土砂浆残渣落入缝内。(3) 在安装外侧扣板前,沿变形缝做一道防水以阻隔湿汽向外渗出,

9、防止墙面污染、涂料脱落等现象。(4) 在安装室内水平变形缝盖板前,沿着水平缝做一层防水,防止层应铺至两侧墙或地坪不少于 150mm。并将盖板两侧缝隙 进行密封处理。传统变形缝扣板一般为镀锌铁皮,铁皮与墙体之间的抹灰不易平整、较粗糙,影响美观,还有和多问题不宜处理。现在建筑变形缝有了一种新型的做法，新型的建筑变形缝装置避免了很多施工中存在的问题。安装简单且能增加建筑物的美观,效果较好。在施工中,通过加强工序检查,控制人为因素造成的隐患,并对 变形缝处的细部及薄弱部位进行加强和改进,减少了以上问题的出现,并增加建筑物的外观美感和完善了使用功能,取得了好的效果。五.变形观测的作用及重要性建筑工程的变

10、形监测成果资料，是反映建筑工程质量优劣的重要依据之一。建筑工程的变形监测，特别是对地质勘察所提供资料的准确程度，建筑物基础的处理质量以及建筑物主体是否倾斜的反映异常敏感，能及时发现存在的质量隐患。因此在现行建筑施工规范中已明确规定，建筑物完工并交付使用之前的验收，其变形监测资料是该项工程是否合格的一项重要内容及依据。但不幸的是，目前某些施工单位往往不能如实提交这方面的资料。由此而引发的后果是，该建筑工程在其基础处理及施工的过程中，建筑物是否发生不均匀的沉降或倾斜不得而知，以至造成建筑物质量低下甚至成为废品。究其原因，笔者认为主要有以下几个方面：1.施工单位对变形监测重视不够 实际工程中，经常发

11、现施工单位对变形监测不够重视，认为这项工作不重要，做和不做一个样；做了还麻烦，不如不做。2.所用仪器、设备及技术手段落后 由于考虑到工程竣工验收时，变形测量成果是一项重要的验收依据，因此多数施工单位便自行进行变形测量。但所用仪器、设备及手段相当落后。例如仪器精度达不到规范规定的精度要求，用于沉降测量的水准尺表面粗糙，刻划不清；有些施工单位甚至将低精度的地形测量尺用于高精度的变形测量中，从而造成测量数据不准确。此外，仪器设备不能按规定进行计量检定也是经常的事。测量记录木符合规范要求，随便用一张纸作为原始数据记录和计算用纸。更有甚者，有的施工单位在进行高层和超高层建筑工程的施工时，还在采用垂球这种

12、精度较低的方法来确定建筑物是否倾斜等。3.建筑工程质量监督管理部门的管理力度不够 建筑工程质量监督管理部门负责建筑工程质量的全面管理。但在具体实施过程中，往往忽略变形测量这项重要内容。例如要求施工单位进行变形测量，但对精度指标没有提出具体要求。以上这些因素均造成了施工单位的变形测量成果不准确或不能反映建筑工程的实际变化情况。31 什么是建筑工程的变形观测？其作用何在呢？ 我们知道，当建筑物在建造或建成后，由于地面是软质或弹性物质，建筑物是一个整体，其密度比地面上质的密度大得多，这就必然导致建筑物在建造时或建完后向下沉。如果该建筑物作为一个整体均匀的沉降，则其不会发生倾斜；反之，若该建筑物产生不

13、均匀沉降（差异沉降） ，则该建筑物必然产生倾斜。变形测量就是监测建筑物是否产生不均匀沉降，沉降量值有多大；该倾斜现象的发生是施工本身的原因，还是由于产生不均匀沉降而造成的，从而评价施工单位对建筑物施工的质量优劣。一般来说，变形测量可分成垂直（方向）沉降测量、水平（方向）位移测量、建筑物相邻影响及场地沉降测量、建筑场地及建筑物主体倾斜（垂直度）测量。此外还有滑坡测量、裂缝观测、抗压观测、日照变形观测及风振观测等等。3 2 变形测量的主要作用 监视新建建筑物和工程设施的施工质量及使用与运营期间的安全；监测建筑场地和已建建筑物的稳定性；检查、分析和处理有关工程质量事故；验证有关建筑地基、结构设计的理

14、论和设计参数的准确性与可靠性；研究变形规律，预报变形趋势。33 变形观测应注意的问题 进行建筑物变形观测是项非常复杂和技术要求极高的工作。在实施建筑工程变形观测，特别是对高层、超高层建筑物的变形观测时，应注意以下几点：（1）实地踏勘，做好技术设计。这是变形观测的第一步，是为变形观测技术设计书的编写提供重要依据。因此要求由具有丰富经验的人员进行。要认真听取施工单位、建筑工程质监管理部门及用户的意见，实地察看建筑工程场地，做到心中有数。（2）编写变形观测技术设计书，确定施测精度指标。它是将国家有关规范、用户要求及建筑工程的实际情况相结合的产物，在编写过程中规定了变形观测的技术精度指标、变形观测方法

15、、观测次数及周期等等。因此变形观测技术设计书编写的好与差，将直接关系到后面变形观测工作的进行。（3）选用仪器、设备应满足变形观测施测精度要求。一般较常用的仪器设备有经纬仪、水准仪、电子测距仪或激光经纬仪等。以上用于变形观测的仪器设备，均应送交经技术监督部门考核认定授权的仪器检定单位进行计量标定。（ 4）变形观测的实施。要注意测量技术、采用仪器、野外数据收集、内业数据处理及精度统计等。（5）提交资料。变形观测的全部成果资料，一般在全部工作结束后提交。但每次观测的成果，应提交建筑监理单位或建筑质量监督部门，特别是在实测过程中，如发现建筑物的变形数据异常，应及时提交变形警报资料，以引起有关部门的重视。六. 结语变形作用对结构设计的影响是非常大的，随着科学的发展和技术的进步，越来越多的人开始重视变形作用对设计施工的影响，在我们进行工程结构设计的目的就是要保证结构具有足够的抵抗自然界各种作用的能力，满足各种预定的功能要求。变形作用、地震作用、温度作用、爆炸作用等等。总之，我们的目标就是要将我们的结构设计做的越来越完美。参考文献：姚文娟，叶志明.房屋建筑及结构设计.高等教育出版社许成祥，何培玲.荷载与结构设计方法.北京大学出版社建设工程教育论坛