建筑设计中变形缝的作用及构造要求探讨

2021-03-22陶山丹

工程建设与设计 2021年3期

陶山丹

（中交房地产管理集团有限公司，北京 100088）

1 引言

在建筑高层化、智能化、绿色化发展趋势下，建筑结构越来越复杂，建筑设计难度增加，对变形缝的设置要求升高。据此，设计人员应明确变形缝在建筑设计中的作用，结合建筑结构特点，分析变形缝的构造要求，切实落实三缝（伸缩缝、防震缝和沉降缝）合一原则，保障变形缝的作用得到有效发挥。

2 建筑设计中变形缝的作用

变形缝是指综合考虑建筑结构、建筑基础、建筑纵横面等特点，在薄弱部位设置变形缝，用于缓解变形、沉降、收缩等问题对建筑的影响，避免建筑出现损伤，延长建筑使用寿命。建筑设计中的变形缝包括3类，不同类型的变形缝发挥不同作用，设计人员需结合具体需求，合理设计。

2.1 伸缩缝的作用

在建筑设计中，伸缩缝是指为应对建筑材料因温度应力出现的收缩变形，而在地表上方建筑结构（该区域受温度影响较大）薄弱部位设置的变形缝。部分地区环境温度变化较大，不同时刻的温差较大，使建筑材料在热胀冷缩作用下出现温度变形，影响建筑结构精度与质量。以迪拜某酒店为例，在建筑工程施工中，因对角桁架处未设置伸缩缝，使对角桁架材料因温度变化出现收缩变形，降低结构精度。迪拜地区的温差最高可达14℃，会使对角桁架材料在短时间内出现变形，24h内变形程度可达5mm。为应对这类变形引发的问题，设计人员应在建筑薄弱部位设置20～30mm的收缩缝，并在收缩缝内填充保温材料，避免其受温差影响，保障其作用发挥。同时，在相邻伸缩缝设计时，二者间距需遵循相关设计规范[1]。

另外，在建筑设计中，部分装修材料会出现收缩变形，设计人员须为其配置伸缩缝。例如，某建筑在地面装修时选择水磨石地面材料，其属于整体地面装修材料，为避免收缩变形影响建筑地面正常使用，设计人员在水磨石地面设置伸缩缝；在墙面装修时设置抹灰面层，为避免大面积抹灰导致变形开裂，设计人员在墙面预留伸缩缝，使建筑立面的美观度符合要求。

2.2 防震缝的作用

在建筑设计中，防震缝是指用于抵御地震影响的变形缝。在建筑运行中，地震的出现会使建筑结构出现一定变化，地震时地壳向外释放能量，以横波、纵波及面波3种形式将能量传递至建筑结构中，地震波会产生地震力，对建筑结构造成不同影响。例如，横波会导致建筑结构受到剪切力，进而出现扭动或拉挤现象；纵波会使建筑出现颠簸，前者对建筑结构的影响更大。就此，在建筑防震缝设计时，设计人员应重点分析地震水平剪切力的影响。在地震水平剪切力影响下，相邻建筑的不同结构，因高度、面积差异，会在建筑结构内产生不同振幅、周期的地震波，严重时会导致建筑出现开裂、倒塌事故。

在防震缝设置中，宽度设计为重点，设计人员需综合考虑建筑参数、抗震设防烈度等要求，合理设置防震缝宽度。通常来说，砌体建筑的防震缝宽度应控制在50～70mm；钢筋混凝土框架结构的建筑防震缝由高度决定，建筑高度低于15m，宽度应设计为70mm，建筑高度超过15m，根据抗震设防烈度，适当提高防震缝宽度。

2.3 沉降缝的作用

在建筑设计中，沉降缝是指针对建筑地基不均匀沉降设置的变形缝，可避免基础的不均匀沉降引发上部结构变形，提高建筑整体稳定性，防止建筑出现坍塌等安全事故。例如，苏州虎丘塔建筑在运行期间出现地基不均匀沉降，使塔体结构向东北方向倾斜，塔体顶部和塔身中心线相距2.31m，且建筑表层产生大量裂缝，虎丘塔被评为危险建筑。针对这类地基不均匀沉降问题，建筑设计人员可结合施工现场勘察资料，计算地基承载力，在建筑设计时采取针对性地基加固措施，使地基承载力满足建筑建设要求，并在建筑结构薄弱位置设置沉降缝，根据建筑结构特点与相关参数，将建筑划分为若干个单元，在每个单元的合适位置设置沉降缝，使建筑在使用期间于垂直方向合理沉降，解决不均匀沉降问题。

同时，对于施工现场地基不同的建筑，建筑设计人员应结合建筑结构、建筑性质、地基承载力、地基参数等内容，评估不同地基的沉降量，结合地基特点进行不同沉降缝的设计，避免不均匀沉降。对于不同高度与面积的相邻建筑，建筑埋深、宽度等参数存在差异，为避免不均匀沉降，设计人员应在建筑内部设置沉降缝，从建筑基础到顶部断开[2]。通常来说，建筑越高、地基承载力越低，设置的沉降缝越宽，但其宽度应控制在30～70mm之内。

3 建筑设计中变形缝的构造要求

对于建筑设计中设置的不同变形缝，作用不同，构造要求不同。根据建筑结构特点，可将建筑变形缝的设置位置划分为墙体、屋顶、楼地层3类，分析具体构造要求。

3.1 墙体变形缝构造要求

对于墙体结构设置的变形缝，构造要求如下：（1）伸缩缝，要求其降低对建筑墙体构件在水平方向上的约束，使建筑构件进行自由变形，避免结构被破坏；（2）沉降缝，要求其降低对相邻建筑构件在垂直方向上的约束，使建筑墙体构件进行自由沉降，防止不均匀沉降；（3）防震缝，要求其提高建筑墙体构件抵御地震的能力，避免墙体构件因地震出现开裂、碰撞现象。

在实践建筑设计与施工中，为提高建筑结构的整体美观性，通常遵循三缝合一原则进行变形缝设置。同时，在进行变形缝施工时，要求变形缝外侧开口区域填充弹性材料，如沥青麻丝等，提高变形缝的防水性能和保温性能，避免其引发建筑漏水，加大建筑能耗。如果建筑结构设置的变形缝过宽，设计人员应进行盖缝设计，即在建筑变形缝外侧铺设1层其他材料，通常在建筑外墙选用镀锌铁皮材料，在建筑内墙选用金属条或木条，在覆盖伸缩缝的同时，起到装饰作用。需要注意的是，在应用盖缝材料时，要求盖缝材料的一侧与建筑墙体固定，避免盖缝材料约束变形缝的变形，导致墙体构件不能在水平方向与垂直方向自由变化。

例如，在某工程中，对于内墙伸缩缝，选择木板条为盖缝材料；对于内墙沉降缝，选择150mm宽钢丝网为盖缝材料；对于内墙抗震缝，选择聚氨酯泡沫塑料为盖缝材料，如图1所示。

3.2 屋顶变形缝构造要求

图1 墙体变形缝构造示意图

在建筑设计中，屋顶结构的设计重点在于防水。对于屋顶变形缝而言，其构造要求也在于防水。设计人员应遵循泛水构造要求，在变形缝内填充弹性材料，并在伸缩缝的顶部进行盖缝处理，选用的盖缝材料为镀锌铁皮，增强房顶变形缝的防水性能。同时，要求盖缝材料的一侧与建筑屋顶固定，避免盖缝材料约束变形缝的变形，导致墙体构件不能在水平方向与垂直方向自由变化。另外，设计人员需注重屋顶变形缝的参数设计，要求其宽度等参数与其余结构设置的变形缝保持一致。

例如，对于不上人屋面的变形缝设置，通常选择沥青麻丝为填充材料，选择24号镀锌铁皮为盖缝材料；对于上人屋面的变形缝设置，通常选择玻璃纤维或泡沫塑料条为填充材料，并在下层铺设干铺油毡，在上层铺设油毡条，配以嵌缝油膏，提高结构各项性能。对于存在高差且设置出口的沉降缝，选择防腐木砖、沥青麻丝及油毡作为填充材料，选择镀锌铁皮盖板为盖缝材料。

3.3 楼地层变形缝构造要求

在建筑设计中，楼地层变形缝的构造要求与上述2个结构的变形缝设置类似。设计人员应根据墙体变形缝宽度，设计楼地层变形缝宽度，并在变形缝内填充弹性材料，使用镀锌铁皮材料进行盖缝处理，要求盖缝材料一侧与建筑楼地层固定，避免盖缝材料约束变形缝的变形，导致墙体构件不能在水平方向与垂直方向自由变化。同时，为避免变形缝的设置影响楼地面的美观性，设计人员应在变形缝盖缝材料表层铺设1层橡胶板或安装活动盖板。例如，在某工程中，对于单边跳盖缝板，选择橡胶条作为填充材料，选择抛光铜条为盖缝材料；对于与楼板面层采用同一材料的变形缝，选择5mm厚氯丁橡胶带、26号镀锌铁皮为盖缝材料，并配置厚花纹橡胶板。