钢框架结构伸缩缝间距的思考

发布于：2025-01-13 17:05:13 来自：建筑结构/钢结构工程

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本文转载自公众号：工程结构设计咨询

结构缝，牵涉到抗规的平面尺寸：扭转、凹凸及长宽比，也关联到伸缩缝间距，此文撇开抗规，单纯讨论伸缩缝的间距。

在讨论钢框架结构伸缩缝间距前，我们来看看砼规，关于砼框架结构的伸缩缝间距如下：注意表格中的装配式不是当下主流的装配整体式，装配整体式间距在装配式与现浇式之间，同时注意，同样是现浇，剪力墙结构为何比框架结构间距小，严格？至于为什么，文中后面会说说我的理解。再次提醒：装配式和装配整体式结构都是指砼柱和砼剪力墙，不是钢柱。

我们再来看看广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ/T 15-92-2021关于伸缩缝间距的规定如下图，规程中提到现浇砼结构伸缩缝间距放松到 80m ，我们惊呆了，为何这么松？跟国标差这么多？

回到原理，砼结构伸缩缝的设置，是为了减少 砼的收缩 及 季节温差效应 产生的温度应力对结构的影响。

砼收缩当量温差

砼的收缩应变计算公式见王铁梦的《工程结构裂缝控制》，如下：

ε ( ∞ )= ε 0( ∞ ) · M1 · M2 · M3 ··· Mn

其中， ε ( ∞ ) 为任意状态混凝土的最大（最终）收缩应变；

ε 0( ∞ ) 为标准状态混凝土的最大（最终）收缩应变，对于任何标号的混凝土均为一固定值：ε 0( ∞ )=3.24 × 10-4 ； M1 至 Mn 为各种修正系数，详《工程结构裂缝控制》，此处不展开。

任意时间的混凝土收缩量可按下面公式计算。

ε(t)=ε(∞) · (1-e ^-0.01t )

其中 ε (t) 为任意时间的收缩应变； t 为时间，单位为天。

从上图看出，设计伸缩后浇带的封闭时间不少于三个月，已经释放掉约混凝土 60% 的收缩应变。

伸缩后浇带封闭后，计算出结构各部位混凝土未完成的收缩应变 ε 1= ε ( ∞ )- ε (t) ，再根据砼线膨胀系数换算成收缩当量温差Δ T ₁ = ε 1/ α _c

季节温差效应

依据《建筑结构荷载规范》（ GB5009-2012 ）附录 E 的各城市基本气温的最低值 W _b 与最高值 W _u ，查项目所在城市，取其中间均值 W=0.5* （ W _b +W _u ），并考虑 ± 5 ℃的波动范围，确定后浇带封闭时的温度变化范围为（ W ₁ =W-5 ℃， W ₂ =W+5 ℃），再与后浇带封闭时常规温度变化范围（ 10~25 ℃）综合考虑修正。

温差效应分为施工阶段的温差效应和使用阶段的温差效应。

使用阶段时，由于有外墙围护构件及保温隔热措施，上部结构各室内部分的季节温差（相对伸缩后浇带封闭温度）按 -5 ℃考虑，此阶段一般不起控制作用。

施工阶段时，由于不能及时做好外墙围护构件及保温隔热措施，上部结构的季节温差按

Δ T ₂ =W _b -W ₂

温差合并

将上述 Δ T ₁ 与 Δ T ₂ 合并， Δ T _sum = Δ T ₁ + Δ T ₂ ，依据《复杂高层建筑结构设计 - 徐培福傅学怡》 P111~112 页，考虑混凝土的徐变和应力松弛特性（松弛系数 0.3 ），同时考虑砼构件截面裂缝影响（砼梁柱构件弹性刚度乘以 0.85 予以折减，钢构件截面不予折减），输入计算模型的温降温差为：Δ T _d =0.3*0.85* Δ T _sum =0.255* Δ T _sum

温度应力计算

做过温度应力计算的，都有这么一个共识：约束约大，温度应力越大。

比如一栋砼框架多层，在同样的负温差作用下，越靠近底层的楼板的温度应力会比屋面的温度应力大，是因为二层楼板下的首层柱与大地相连，计算按柱脚固结或不动铰接，而屋面楼板下的顶层柱的柱脚为带一定转动刚度和平动刚度的弹性铰，自然对楼板的约束弱于二层楼板。

再如带吊车厂房的柱间支撑，有吊车时，吊车梁充当刚性系杆，吊车牛腿下部支撑宜设置在温度区段中部，而不设在端部的第一或第二开间，目的是减少对端部的约束，从而减少温差效应对温度应力最大的端部的影响。同时螺栓连接提供的约束弱于焊接，也有甚者，在计算时，把柱下基础按壳单元（独立基础或条形基础）或梁单元（桩）实际建入，施加相对土体约束（壳单元施加基础底面及侧面弹簧，梁单元施加节点线弹簧），按实考虑降低柱脚约束。

回到起点

明白上述分析后，我们再来看看砼规的框架结构与剪力墙结构的伸缩缝间距，按国标规范反应谱设计的框架结构（小震层间位移角 1/550 ）比剪力墙结构（小震层间位移角 1/1000 ）的抗侧刚度弱，自然竖向构件对楼板的约束，框架结构是弱于剪力墙结构的。同样楼板长度时，框架结构楼板的温度应力小于剪力墙结构，所以框架结构的伸缩缝间距相比剪力墙结构放松。

同样是框架结构时，装配式（注意不是当下的主流装配整体式结构）的楼板是绝大部分预制的，砼的收缩当量温差比现浇式小很多，故而温度应力没现浇式大，也可以适当放松伸缩缝的间距。当下主流的装配整体式结构，除屋面、核心筒区域、连接加强区域及局部区域现浇外，楼板的后现浇混凝土叠合层不少于 60mm ，这些需要现浇的局部砼楼板也存在砼收缩当量温差，比装配式大，但比全现浇小，所以规范允许伸缩缝间距在两者中间范围内取值。

我们再来看看广东省高规的框架结构（现浇式）伸缩缝间距可按 80m 的规定，首先，广东省高规的地震作用是按中震，省标的规范反应谱与国标的规范反应谱不一样，广东省高规要求在设防烈度地震作用下的楼层层间最大位移与层高之比不宜大于 1/180 （不分结构体系）， P368 页的条文解释提到：本规程控制设防烈度地震作用下结构最大层间位移角不大于 1/180 ，即可满足小震作用（我猜测是按国标规范反应谱）下结构最大层间位移角不大于 1/450 。这个 1/450 是比国标的 1/550 放松了，意思说框架结构的竖向构件柔了，对楼板的约束弱了；再且来看广东省各市的基本气温如下图，去掉最低气温的南雄和韶关，全省的后浇带封闭温度范围在（ 15~25 ℃），季节温差 Δ T ₂ =-20 ℃，单这一项，折减后为 -5.0 ℃。相比国标荷载规范，明显是小值。综上，广东省高规的编委们依据以往工程经验和计算分析，定位 80m 。

到达终点

钢框架结构，楼板一般为钢筋桁架楼承板或压型钢板非组合楼板，皆有现浇楼板砼层，请注意重点：现浇，砼楼板。

钢框架的竖向构件的抗侧刚度是弱于砼框架结构，抗规5.5.1规定，小震作用下，钢框架控制层间位移角1/250，而砼框架是 1/550 ，这也说明了钢柱对楼板的约束弱于砼柱，即钢框架楼板的温度应力小于砼框架楼板，可以放松不按 55m 执行，也可甚至放松不按 75m 执行（注意，项目不在拖鞋（广东）省），参考全国民用建筑工程设计技术措施／结构／结构体系 (2009 年版 ) 的 3.1.13 中提及的伸缩缝间距 60~90m ，同时类比抗规 8.1.4 条，可按 80m 设置，若项目在拖鞋省，可更加放松到 90m 。至于审图师有时会提依据，可以补充楼板温度应力分析及楼板局部加强措施（长方向拉通楼板面筋、楼板在竖向构件约束温度应力大位置加配筋、温度应力集中位置加配筋、长方向钢梁上翼缘栓钉适当加密间距）。

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