超长建筑物屋面布置“叉柱+深U形梁”解决温度伸缩问题

汪四新++汪凌云

[摘 要]不增加建造成本的情况下，超长建筑物不设温度伸缩缝便可避免发生温度裂缝。本文基于对既有建筑裂缝与渗水情况检测，分析与研究其发生的原因，得出超长建筑物屋面布置“叉柱+深U形梁”可做到不设双柱伸缩缝，解决温度伸缩问题；同时能节约材料，降低工程造价.提高建筑物的使用效率与结构安全性。该方法应用于实际工程中，使用效果良好，取得了较好的经济效益与社会效益。

[关键词]超长建筑 裂缝与渗水 叉柱+深U型梁 伸缩缝

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0093-01

1 引言

作者通过对既有建筑裂缝与渗水情况检测，分析与研究其原因，总结出超长建筑物屋面布置“叉柱+深U形梁”可做到不设双柱伸缩缝，解决屋面裂缝问题且能保持屋面结构面连续及不出现类似伸缩缝的渗水问题。并将该方法应用于某物流园区一期工程，投入使用近8年，经济效益与使用效果均良好。

2 工程概况

该物流园区一期位于盐田港港区，建筑面积约10万平米，主体建筑三层，基本柱网12mx12m与12mx15m，建筑层高均为7.8m；分A-1、A-2库区、楼层坡道，楼层连廊及辅助设施，车可直接从市政路通过坡道与连廊到达各层楼面。A-1、A-2单体平面尺寸分别为96mx120m与96mx156m，远超规范规定的设缝长度。

该项目业主为全外资物流仓储管理公司，以前国内仓库饱受伸缩缝渗水之苦且双柱设计不符合集装箱模数要求，建筑空间使用效率降低，故强烈要求建筑单体不设伸缩缝。业主的设计要求还包括楼面荷载35kPa，25kPa不等；楼面金刚砂面层与楼面梁板混凝土一次浇筑成形，不设建筑找平层；整个结构均采用普通钢筋混凝土结构等。

盐田港区特点之一，临海边风荷载大，50年一遇的基本风压按0.9kPa设计，高于市区其它位置的0.75kPa；特点之二就是植物少，夏天昼夜温差大，正午屋面温度达80度以上，晚上海风一吹温度迅速回到27度左右。受环境影响，夏天库区建筑物伸缩变形频繁，很容易引起屋面板与外墙裂缝甚至出现结构裂缝，产生渗水现象，并影响结构耐久性、安全性。故库区外墙与屋面裂缝及渗水问题是库区建筑物的通病。

统计我院完成的上千栋既有建筑裂缝与渗水检测情况，其检测结果表明：建筑物长度在60m以上的，其楼面、屋面、外墙等出现非沉降因素引起的裂缝概率在50%以上，裂缝基本等间距平行出现，且裂缝修补后，成继续出现的趋势甚至原位再开裂；裂缝是出现渗水现象的原因之一，但渗水最严重的位置，基本出现在建筑物的伸缩缝位置，因伸缩缝设计或者维护不当，很容易引起缝两侧位置屋面及墙面渗水，导致梁、柱、板钢筋锈蚀爆裂，影响结构的耐久性与安全性。因此平面超长建筑物设缝与不设缝均可能会存在问题。特别是本项目A-2库区单体，纵横向长度都远超规范要求，在温度应力作用下，常规不设缝的设计方法，其楼屋面将受到双向温度应力影响而产生水平变形与混凝土裂缝，影响结构安全。本项目设计中对屋面采用“叉柱+深U形梁”设计方法，对外墙，采用结构构件外挂墙板的设计方法，解决了屋面及外墙温度裂缝问题。

3 设计与分析

3.1 基础设计对上部建筑变形影响分析

该建筑场地为推山填洼场地，场地填土约8m左右，基础设计预应力管桩基础，桩长基本在30m左右，桩基施工前，对拟建场地进行了强夯处理。桩基静载检测结果表明，桩基竖向变形量较小，桩基承载力可靠，理论上做到上部建筑不会因基础不均匀沉降而带来的上部结构裂缝。因为既有建筑中，如果基础产生不均匀沉降，基础沉降产生的结构拉应力与温度应力的结合更容易使结构梁、板、柱及填充墙产生裂缝，影响建筑物的正常使用与结构安全，因此超长建筑，控制建筑物不均沉降是最基本的要求。

3.2 楼面不设缝情况分析

既有建筑检测中发现，空旷且空置的房屋更容易出现楼面板裂缝，但较少出现在正常使用的房屋中，即使是连续平面长度超规范限值50%以上，如超市、厂房、仓库等等。空置的房屋即使建筑单体长度少于规范限值约30%左右，也常会出现温度裂缝。如2001～2002年，楼市不景气，因楼面裂缝问题投诉的事件较多，房屋常被要求做结构安全性检测鉴定，鉴定结果基本是温度裂缝。统计该类建筑单体长度仅35m左右，宽度15m左右，远低于规范要求的设缝限制；房屋特点普遍是毛胚房未装修、空置，单层玻璃的大外窗。因此房屋在正常使用状态下楼面是比较难出现温度裂缝的。其原因是一方面装修房屋有窗帘得的遮阳作用；另一方面快速升降温度，容易产生混凝土构件裂缝，非空置房屋的室内物品储存一定的热量（白天）或者冷量（晚上），与室外热交换时，可减少室内升（降）温速率，有利于温度应力均匀分布，避免产生楼板裂缝。再楼面出现裂缝，不影响渗水问题，其实比设伸缩缝更优。故超长平面通过采取常规措施做到不设双柱伸缩缝是基本可行。

3.3 建筑外墙立面温度控制分析

本项目A-2区楼面荷载大，跨度大，梁截面刚度大。混凝土导热性能好，如果梁柱直接受太阳辐射，梁纵向温度伸缩变形对结构柱的影响不能忽略。既有建筑检测中也常发现建筑外立面的外八字裂缝，对应的竖向构件产生了一定的侧向位移与结构裂缝，出现结构劣化现象。因本项目属于仓储建筑，外墙开窗面积小，故设计采用了框架梁柱外挂180mm混凝土空心外墙板方案。空心墙板作为外维护结构，具有一定的强度与刚度，能抵抗一定水平荷载作用；其导热系数低，能充当边框架梁柱的外保温层，可减少紧靠外墙的结构构件温差，降低水平构件伸缩变形量；墙板之间的弹性硅酮胶，可调整外墙面的伸缩变形，避免裂缝，解决外墙渗水问题。随着建筑工业化的推广，空心墙板现已成为比较成熟的建筑构件。

屋面通过“叉柱+深U形梁”设计，达到屋面结构连续却又做到了以“放”的方法解决温度伸缩的问题。该方法采用使建筑大平面转化为几个符合规范要求的小平面组合体，而各小平面又在大平面内基本自由伸缩变形。深U型梁上开口宽300mm，底部是100mm厚的弱板连接，一方面容许深U型梁侧面产生扭转角，放松对小平面的边界约束，以达到板块在平面内的相对自由伸缩；另一方面U形梁上端口开，下端连接，确保屋面结构防水连续，不存在通透的伸缩缝，避免常规伸缩缝渗水问题；与U型梁连接的结构柱，在柱顶设叉，即在顶部梁柱节点区域，中柱分为4个柱，形成十字叉，边柱分为2个柱，使U型梁与柱顶节点连接减弱以协调梁侧向扭转变形，降低了屋面大平面伸缩变形对结构柱的不利影响，提高了结构安全度。同时深U形梁兼做屋面排水沟，分块组织大屋面的排水，经济合理且更具有施工可行性。

4 总结与推广应用

屋面采用“叉柱+深U形梁”结构设计方法，解决超长建筑屋面板温度伸缩问题，避免常规“放”与“抗”设计方法带来建筑物渗水问题，该方法实施可大尺度突破国家规范规定的现浇混凝土结构建筑物长宽不设伸缩缝限值55m的要求，并降低了建造成本，提高了结构安全度与建筑物的使用效率。如A-2库，同等建筑面积，对比双柱伸缩缝设计，可降低结构造价约8%，提高库区利用率约10%。该项目2007年底通过竣工验收并投入使用，现已正常使用近8年，无屋面、楼面及外墙裂缝与渗水现象，业主满意。2011年，业主启动二期56万平米的物流园区建设，也推广应用了该方法，目前也已竣工使用2年，效果良好。