郑建东， 杨显峰
（广州瀚华建筑设计有限公司，广州510655）
[摘要] 介绍了一种凹凸折板咬合式变形缝构造。通过对3个不同简化模型进行应力分析，考察了凹凸折板咬合式变形缝对楼盖拉应力的释放效果；同时为考察设置凹凸折板咬合式变形缝结构地下室楼盖作为上部结构嵌固端的受力性能，采用SAP2000软件对上述3个不同简化模型进行小震非线性动力时程分析。结果表明，该变形缝在释放超长地下室楼盖拉应力同时，可以传递其两侧楼盖的压应力、剪应力，以满足地下室楼盖作为上部结构嵌固端的要求；同时，也使该楼盖可以作为地下室两侧壁的水平支撑来平衡地下室商侧水土压力。最后，对凹凸折板咬合式变形缝在实际工程中的应用效果进行了介绍。
[关键词] 凹凸折板咬合式变形缝；超长地下室；水平支撑
中图分类号：TU318.2 文章编号：1002-848 X( 2016)12-0033-04
0 引言
超长地下室为避免因钢筋混凝土楼盖收缩而产生楼板裂缝，常采用设变形缝作为一个解决手段。但地下室设变形缝后，上部塔楼在地下室各层与周边地下室及土体分离而失去约束，计算嵌固端下移至地下室底板，会导致塔楼计算高度及地震响应增大；同时，对于纯地下室部分，变形缝会造成结构一侧有外侧水土压力，另一侧则临空，这一不平衡水平力则需由地下室结构承担（图1），当地下室较深时，不平衡土压力对于纯框架地下室结构造成的内力增幅往往相当可观。
鉴于常规分缝设计对上部塔楼、地下室结构的不利影响，同时考虑到地下室楼盖开裂主要是由于拉应力引起的，而温度变化引起的楼盖压应力、剪应力一般不致引起楼盖开裂，笔者拟设计一种新型的变形缝构造，该变形缝在释放引起楼盖开裂的拉应力同时，又能传递压应力、剪应力，以满足地下室楼盖作为上部塔楼嵌固端及地下室外壁水平支撑的力学性能要求。
1 凹凸折板咬合式变形缝节点构造
循着释放拉应力，传递压应力、剪应力的思路，设计了一种凹凸折板咬合式变形缝。凹凸折板采用常见的楼盖压型钢板切割而成；凹凸折板咬合式变形缝采用双层紧贴的压型钢板分隔开两侧的钢筋混凝土楼盖，从而切断拉应力的传递；由于双层压型钢板采用紧贴设计，楼盖的水平压应力可以通过贴合面传递；压型钢板形成的凹凸企口又可以传递变形缝间的剪力。凹凸折板咬合式变形缝构造及节点设计示意图如图2所示。
2 楼板温度应力对比分析
为考察凹凸折板咬合式变形缝对楼盖拉应力的释放效果，采用简化模型进行楼板应力对比分析，简化模型选取某一框架剪力墙双塔结构，该结构地上20层，地下3层，地下室平面尺寸为50m×180m。其中模型A不设缝；模型B设两道常规变形缝；模型C的设缝位置同模型B，但变形缝采用凹凸折板咬合式变形缝，凹凸折板咬合式变形缝采用SAP2000软件中的只压框架单元和只有剪切刚度的壳单元进行模拟。简化模型变形缝平面布置示意见图3，三维计算模型见图4。
分析时，季节温差及混凝土收缩当量温差按- 40℃考虑，并考虑0.3的混凝土结构温度应力松弛系数。3个模型的地下室顶板在长向的拉应力分布如图5所示。从图5可见，模型B与模型C的地下室顶板最大拉应力完全相等，仅约为模型A的1/8，凹凸折板咬合式变形缝与常规变形缝一样可以有效卸除因降温收缩而引起的楼板水平拉应力。
3 小震作用下结构地震响应对比分析
为考察设置凹凸折板咬合式变形缝结构的地下室楼盖作为上部结构嵌固端的受力性能，采用SAP2000软件对第2节的3个不同简化模型进行了小震非线性动力时程分析，输入地震波的最大峰值加速度为35 cm／s2，持续时间为30s。3个模型的楼层剪力、楼层位移、层间位移角对比见图6（当结构的运动方向与横轴的正向一致时数值为正，反之为负）。从图6计算结果可知，小震作用下，模型A、模型C的楼层剪力、楼层位移以及层间位移角等地震响应基本一致，由此可以判断凹凸折板咬合变形缝模型与不分缝的连续模型在地震作用下表现一致。
3个模型地下室顶板在长向的正应力、剪应力对比分别见图7、图8。从图7，8计算结果可知，模型A与模型C在地震作用下地下室顶板在长向的最大正应力相等，两者的最大剪应力也相等，且两者正应力、剪应力的分布趋势也完全相同。由此可以判断凹凸折板咬合变形缝模型可以同不分缝的连续模型一样传递地震产生的正应力与剪应力。
虽然模型C的变形缝只能传递压应力、剪应力，但由于塔楼两侧仅有地下室楼盖存在，在地震特定运动方向使一侧凹凸折板咬合式变形缝张开而失去约束作用时，另一侧的楼盖通过受压提供水平支撑，使得地下室顶板对塔楼的水平嵌固作用依然存在，故模型A、模型C的小震地震响应比较接近，因此设置凹凸折板咬合式变形缝结构的地下室顶板仍可以作为上部塔楼的嵌固端。
4 工程应用
4.1清远某高层住宅项目
该项目两层地下室，地下室尺寸为69m×174m，地下室一面临近山体，有8~10m侧向土压，另一面则临空，成为外露地下室，见图9。由于结构超长，采用凹凸折板咬合式变形缝将纯地下室和塔楼分开。其中纯地下室部分为两层框架，结构及基础均不足以承担单侧的不平衡水土侧压荷载，需借助两侧塔楼的侧向刚度及强度来承担上述荷载。所采用的凹凸折板咬合式变形缝使单侧水平压力沿纯地下室侧壁→纯地下室楼盖→凹凸折板咬合式变形缝→塔楼楼盖→塔楼结构的路径进行传递和分担。根据传递的总水平力对凹凸折板咬合式变形缝企口抗剪、抗压进行了验算和设计。最终选用a=75mm，L1=142 mm，L2=112mm的凹凸折板咬合缝形式。企口的压应力为1. 93MPa、剪应力为0. 627MPa，均满足C30混凝土的受压、受剪强度要求。
4.2湛江某高层住宅项目
该项目地下室尺寸为234m×136m，地下3层，设计采用凹凸折板咬合式变形缝对地下室楼盖进行了分块，具体见图10。计算嵌固端设于地下室顶板，考虑到凹凸折板咬合式变形缝有可能因楼盖混凝土收缩而分离开，．失去传递压应力、剪应力的能力，特要求在低温季节覆土前对地下室顶板变形缝缝宽进行检查，缝宽大于5mm时，采用水泥浆进行灌浆填缝。目前项目已封顶完工，地下室楼板未发现肉眼可见裂缝，效果良好。
5 结语
超长地下室楼板开裂主要是由收缩拉应力引起的，而板内的压应力、剪应力的存在对结构是有利的，因此，采用仅释放拉应力的凹凸折板咬合式变形缝构造，可以较好地实现释放楼盖拉应力，传递压应力、剪应力的性能目标。凹凸折板咬合式变形缝设计，需对其在各种工况下的节点应力、变形进行分析，采取针对性设计及施工措施，方能达到预期效果。
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