某高層商住樓轉(zhuǎn)換梁裂縫的原因分析與處理

唐家云

(四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都 610081)

?

某高層商住樓轉(zhuǎn)換梁裂縫的原因分析與處理

唐家云

(四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都 610081)

【摘要】近年來，轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用愈加廣泛。受混凝土強(qiáng)度高、截面尺寸大、受力復(fù)雜等因素影響，轉(zhuǎn)換梁構(gòu)件易出現(xiàn)各種各樣的問題。文章通過實(shí)際工程案例，介紹了某高層商住樓轉(zhuǎn)換梁裂縫檢測(cè)鑒定的方法和步驟，并對(duì)轉(zhuǎn)換梁的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。綜合以上結(jié)果，對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并給出相應(yīng)的處理措施，可供處理同類工程加固提供一定借鑒。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換梁;檢測(cè);裂縫;處理

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的日益增長(zhǎng)，現(xiàn)代高層建筑對(duì)功能多樣、綜合性強(qiáng)等的要求愈加普遍。通常在同一座建筑中，下部樓層采用大空間結(jié)構(gòu)形式以滿足停車場(chǎng)和商場(chǎng)需要，上部樓層則作為辦公用房或住宅使用。為了適應(yīng)建筑功能的變化，類似建筑多在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層，使得上部樓層部分豎向構(gòu)件通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳遞到下部豎向構(gòu)件，從而完成上部樓層到下部樓層結(jié)構(gòu)型式轉(zhuǎn)變的改變。梁式轉(zhuǎn)換層作為目前應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，是將上部剪力墻支撐在轉(zhuǎn)換梁上，再由轉(zhuǎn)換柱來支撐轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)受力體系，具有傳力直接明確、受力性能好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其也因混凝土強(qiáng)度高、截面尺寸大、數(shù)量多、受力復(fù)雜等缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換梁容易出現(xiàn)各種各樣的工程問題。本文結(jié)合某高層商住樓轉(zhuǎn)換梁開裂問題的工程實(shí)例，通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和承載力驗(yàn)算，分析了轉(zhuǎn)換梁裂縫產(chǎn)生的原因并提出相應(yīng)的處理措施，為今后類似的工程情況提供參考。

1工程概況

某商住樓設(shè)計(jì)為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積約為21 226 m2，地面以上31層，地下2層。其中，地上1～2層為商場(chǎng)，3層及其以上均為住宅，地下1～2層為停車庫?；A(chǔ)形式為筏板+獨(dú)立基礎(chǔ)加抗水板；墻體材料為加氣混凝土砌塊；柱梁板等均為現(xiàn)澆混凝土，其中，第3層即轉(zhuǎn)換層梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C 60。該建筑業(yè)已封頂，在安裝管道設(shè)備施工過程中，相關(guān)單位發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層軸轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)多道肉眼可見的豎向及斜向裂縫。為確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性和正常使用性，需對(duì)該轉(zhuǎn)換梁裂縫原因進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)鑒定并提出相應(yīng)的處理措施。該轉(zhuǎn)換梁跨度為7.5 m，設(shè)計(jì)截面尺寸為1 100 mm×2 300 mm，其跨高比為7.5/2.3=3.3<5，為深受彎構(gòu)件，且在跨中主次梁交接處支撐上部剪力墻。該轉(zhuǎn)換梁基本情況見圖1所示。

圖1　軸轉(zhuǎn)換梁平面

2現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

2.1裂縫檢測(cè)

該轉(zhuǎn)換梁裂縫主要表現(xiàn)為貫穿截面的豎向裂縫和斜向裂縫兩類：豎向裂縫在梁跨度范圍內(nèi)均有分布，裂縫中間寬兩端窄并開展至梁底，最大裂縫寬度約為0.93 mm；斜向裂縫主要分布于梁支座和次梁位置兩側(cè)，且在次梁位置兩側(cè)呈八字形開展，裂縫中間寬兩端窄呈梭形-棗核狀，最大裂縫寬度約為0.70 mm。該轉(zhuǎn)換梁裂縫情況見圖2所示。

圖2　轉(zhuǎn)換梁裂縫示意

2.2混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鉆芯法[1]對(duì)該轉(zhuǎn)換梁的混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1。根據(jù)CECS 03∶2007《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》第3.2.5條可知，該轉(zhuǎn)換梁混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為52.6 MPa，不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C 60的要求?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)芯樣試件外觀質(zhì)量檢查表明，芯樣試件表面出現(xiàn)大量孔洞且粗骨料含量很少或沒有粗骨料。

表1　單個(gè)芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度匯總

2.3截面尺寸及鋼筋配置檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋位置探測(cè)儀、鋼卷尺對(duì)該轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸和配筋情況進(jìn)行檢測(cè)，并局部鑿除混凝土保護(hù)層進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，該轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸、縱向鋼筋直徑和數(shù)量、腰筋直徑、箍筋直徑和間距均滿足設(shè)計(jì)要求，但該轉(zhuǎn)換梁的次梁兩側(cè)附加橫向鋼筋的布置寬度和數(shù)量配置偏少，同時(shí)水平腰筋間距偏大，不滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范[2-3]的要求。

2.4鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該轉(zhuǎn)換梁的鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，該轉(zhuǎn)換梁鋼筋保護(hù)層厚度分布在9～25 mm之間，部分鋼筋的保護(hù)層厚度偏薄，不滿足規(guī)范最小鋼筋保護(hù)層厚度要求。

3裂縫原因分析

3.1承載力驗(yàn)算

3.2裂縫原因分析

根據(jù)對(duì)施工資料的調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)檢查檢測(cè)以及該轉(zhuǎn)換梁承載力驗(yàn)算結(jié)果，對(duì)該轉(zhuǎn)換梁裂縫原因分析如下：

(1)該轉(zhuǎn)換梁縱向受力鋼筋配置偏少，次梁兩側(cè)附加橫向鋼筋的配置長(zhǎng)度和數(shù)量偏少以及混凝土強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致該構(gòu)件抗彎承載力及主次梁交界處抗剪承載力不足，是該轉(zhuǎn)換梁產(chǎn)生裂縫的主要原因。

(2)尺寸效應(yīng)。該轉(zhuǎn)換梁截面尺寸較大，腰筋配筋偏少易使得在該轉(zhuǎn)換梁腹板范圍內(nèi)產(chǎn)生垂直于梁軸線的收縮裂縫，同時(shí)梁截面高度的增加也會(huì)一定程度上導(dǎo)致斜截面強(qiáng)度的降低[4]，因此，沒有充分考慮尺寸效應(yīng)也是該轉(zhuǎn)換層大梁斜裂縫和豎向裂縫產(chǎn)生的原因之一。

(3)該轉(zhuǎn)換梁混凝土體積較大，在混凝土硬化過程中，大量水化熱聚集在混凝土內(nèi)部導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得構(gòu)件截面內(nèi)外產(chǎn)生非線性的溫度差，從而在混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，加劇了裂縫的開展。

4處理措施

通過對(duì)該轉(zhuǎn)換梁裂縫原因分析可知，該轉(zhuǎn)換梁裂縫主要為承載力不足引起的受力裂縫，且裂縫寬度超過規(guī)范限值，已經(jīng)對(duì)該轉(zhuǎn)換梁的安全性產(chǎn)生了影響，需立即對(duì)其進(jìn)行加固處理。考慮到該轉(zhuǎn)換梁在跨中主次梁交接處上托剪力墻的受力復(fù)雜性以及其自身存在的混凝土強(qiáng)度偏低以及設(shè)計(jì)縱向鋼筋偏少等問題，依據(jù)GB 50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]，建議在該構(gòu)件主次梁交接處增設(shè)鋼筋混凝土柱，增設(shè)的柱下端支承于基礎(chǔ)上；對(duì)該轉(zhuǎn)換梁裂縫進(jìn)行灌漿處理，再采用增大截面法的加固方式對(duì)其進(jìn)行加固，具體加固方案見圖3所示。

圖3　加固示意

5結(jié)束語

實(shí)際工程中常見的裂縫，尤其在轉(zhuǎn)換梁等大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫，絕大部分都屬于非荷載性質(zhì)引起的溫度-收縮裂縫[6]，而荷載作用引起的受力裂縫只占很小的比例，本文中采用的案例即為其中的典型。在該工程項(xiàng)目中，施工單位依據(jù)本文中提出的加固方法對(duì)該轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行加固處理，迄今為止，該工程已投入使用，未出現(xiàn)裂縫擴(kuò)展現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)建設(shè)科學(xué)研究院.CECS 03∶2007 鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]Walravena J，Lehwalter N. Size Effects in Short Beams Loaded in Shear[J], ACI Structural Journal,Proceedings.1994(8-9).

[5]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50367-2013 混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[6]徐有鄰，顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫的判斷與處理[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015:11.

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【中圖分類號(hào)】TU312+.3

[作者簡(jiǎn)介]唐家云(1987～)，男，碩士，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)鑒定及加固。

[定稿日期]2015-01-20