某壓型鋼板-混凝土組合樓板開裂檢測及原因分析

程歡歡

摘 要：某2層鋼結(jié)構(gòu)廠房，采用壓型鋼板-混凝土組合樓板進(jìn)行加固改造，投入使用后混凝土樓板出現(xiàn)規(guī)律分布裂縫?，F(xiàn)場對裂縫位置、分布形態(tài)等現(xiàn)狀進(jìn)行檢測，采用有限元軟件進(jìn)行模擬計算，探索裂縫原因，并分析樓板結(jié)構(gòu)安全性。

關(guān)鍵詞：壓型鋼板;組合樓板;裂縫;有限元分析

近年來，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展給建筑帶來許多結(jié)構(gòu)優(yōu)越性和施工便利性，在建筑結(jié)構(gòu)中越來越多的采用帶肋壓型鋼板作為建筑物樓板體系的承重單元。利用混凝土和壓型鋼板兩種材料的特性組合使其共同工作，以發(fā)揮出良好的受力性能及抗變形能力，形成效果好、經(jīng)濟(jì)性高的輕型樓板體系。

壓型鋼板-混凝土組合樓板的突出特點主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）安裝便利，降低成本;（2）減少混凝土用量，減輕結(jié)構(gòu)自重，有利于減小整個結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的截面尺寸;（3）用壓型鋼板作為結(jié)構(gòu)的配筋，可以減少截面裂縫，提高樓面的整體工作性能。但是壓型鋼板-混凝土組合樓板的板面裂縫卻是普遍存在的問題。

本文選取一個地上2層鋼結(jié)構(gòu)廠房的壓型鋼板-混凝土組合樓板作為工程實例，現(xiàn)場檢測板面裂縫位置及分布形態(tài)，采用有限元軟件進(jìn)行模擬計算，探索裂縫原因，并分析樓板結(jié)構(gòu)的安全性。

一、工程概況

該項目位于上海市閔行區(qū)，因業(yè)主生產(chǎn)經(jīng)營需要，對原有廠房二層局部進(jìn)行重新裝飾修繕，以滿足生產(chǎn)需要，二層樓面設(shè)計采用YX-75-230-690（1）壓型鋼板+75mm厚度混凝土澆筑。2013年3月初鑿除原有二層結(jié)構(gòu)樓面，2013年3月底焊接安裝主次鋼梁;2013年4月10日開始鋪設(shè)壓型鋼板并綁扎鋼筋，2013年4月17日開始分三次澆筑混凝土樓板。2013年8月初發(fā)現(xiàn)組合樓板混凝土板面存在裂縫。

加固后二層樓板平面圖、組合樓板配筋圖、組合樓板抗剪鍵布置圖及主次梁加固詳圖見下圖1～3。

二、樓板裂縫現(xiàn)狀檢測

（一）裂縫分布

通過現(xiàn)場對壓型鋼板-混凝土組合樓板板面裂縫情況的檢測，板面共發(fā)現(xiàn)6條可見裂縫，分別分布于10軸、13軸、14軸、15軸、16軸，其中10軸、13軸、14軸、15軸各分布1條可見裂縫，且裂縫一段靠近K軸線，16軸發(fā)現(xiàn)2條可見裂縫，分別靠近K軸和M軸?，F(xiàn)場6條可見裂縫大致平行于主鋼梁分布，裂縫分布示意圖詳見圖4。

（二） 裂縫特征參數(shù)

（1）裂縫寬度檢測

現(xiàn)場采用智博聯(lián)ZBL-F103型裂縫寬度觀測儀、塞尺、放大鏡等檢測測量及輔助檢測工具對組合樓板板面裂縫寬度進(jìn)行檢測。

采用萊卡激光測距儀、卷尺等檢測測量工具對板面裂縫長度進(jìn)行檢測測量。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在寬度較大或長度較長的裂縫位置處采用鉆芯機(jī)鉆取混凝土芯樣，測量裂縫的深度，取最大值作為所測裂縫的實測深度。

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，位于14軸線和15軸線位置處的裂縫長度及寬度最大，故選取這兩個位置鉆取直徑75mm的混凝土芯樣各一個，由鉆取的混凝土芯樣發(fā)現(xiàn)，所鉆取14軸線和15軸線位置處的樓板裂縫均為貫穿裂縫，即裂縫深度等于組合樓板所澆混凝土部分的厚度，見照片1和2。

現(xiàn)場檢測組合樓板6條板面裂縫的寬度、長度和深度值見表1。

三、 裂縫原因分析

（一）裂縫基本形式

通過對大量壓型鋼板—混凝土組合樓板中的常見裂縫進(jìn)行統(tǒng)計分析，歸納出八種基本裂縫形式，詳見表2，其他更為復(fù)雜裂縫往往由這些基本裂縫形式組合而成。

由現(xiàn)場檢測的裂縫分布形態(tài)可見，該工程壓型鋼板-混凝土組合樓板裂縫屬于第四種基本形式。

（二）裂縫成因

根據(jù)現(xiàn)有研究成果及現(xiàn)場實際經(jīng)驗，引起壓型鋼板-混凝土組合樓板板面開裂的原因主要有以下五種：（1）混凝土強(qiáng)度過低;（2）樓板變形過大;（3）板面配筋不足;（4）溫度變化;（5）收縮變形。為了分析該工程裂縫的成因，現(xiàn)場對可能引起裂縫的各種原因進(jìn)行檢測分析。

（1）依據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2011）技術(shù)要求，現(xiàn)場采用回彈法對組合樓板混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，強(qiáng)度推定值在30.0MPa～33.3MPa之間，強(qiáng)度等級推定為C30，滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。

（2）依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8-2016）技術(shù)要求，現(xiàn)場采用TCR1202+型全站儀并結(jié)合棱鏡對組合樓板板面進(jìn)行變形檢測（假定樓板表面處于同一平面），選取樓板板面四個角點及中間一點測試樓面的相對標(biāo)高。由檢測結(jié)果可知，壓型鋼板-混凝土組合樓板板面并無明顯變形。

（3）經(jīng)過現(xiàn)場檢測復(fù)核得知，板面配筋順肋方向為10@150，橫肋方向為8@150，檢測結(jié)果與委托方提供的結(jié)構(gòu)圖紙等資料基本一致。

（4）承載力計算

依據(jù)規(guī)范《壓型金屬板設(shè)計施工規(guī)程》（YBJ216-88）、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 99-98）及中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《組合樓板設(shè)計與施工規(guī)范》（CECS273：2010），對組合樓板進(jìn)行施工階段的受彎承載力和使用階段的受剪承載力計算。驗算結(jié)果表明組合樓板以及鋼梁理論承載力計算結(jié)果滿足設(shè)計使用要求，由此可知該組合樓板開裂不是由于承載力不足而導(dǎo)致。

（5）對混凝土收縮徐變作用進(jìn)行分析，考慮到室內(nèi)是基本常溫，故僅考慮混凝土收縮。

混凝土收縮應(yīng)變與齡期的關(guān)系如下式：

通過理論計算，僅考慮溫度作用和恒荷載作用下，樓板支座處應(yīng)力達(dá)到0.8Mpa，不足以導(dǎo)致樓板開裂，故該裂縫并非因為溫度變化導(dǎo)致的混凝土樓板開裂，計算正應(yīng)力等值線圖見圖5～7。

（5）混凝土是一種多孔膠凝人造石材，屬剛性體，主要特點抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度低、延伸率略小、易產(chǎn)生收縮裂縫?？紤]該項目組合樓板屬于超長板，而施工時并未嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)置后澆帶，組合樓板混凝土向樓板側(cè)邊發(fā)生收縮，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中部的組合樓板混凝土內(nèi)產(chǎn)生由于收縮變形引起的收縮應(yīng)力，以致樓板

中間部位出現(xiàn)較多細(xì)小裂縫，當(dāng)樓板受到荷載作用后，構(gòu)件內(nèi)部裂縫得以發(fā)展。當(dāng)裂縫發(fā)展穩(wěn)定后，在誤差允許范圍內(nèi)，裂縫寬度一般均不大于0.3mm（對于年平均相對濕度小于60%一類環(huán)境下的受彎構(gòu)件其最大裂縫寬度限值可取0.4mm）。該工程裂縫分布及寬度滿足這一規(guī)律，判定屬于收縮裂縫，為非結(jié)構(gòu)裂縫，不影響結(jié)構(gòu)安全。

四、結(jié)語

結(jié)合工程實例，現(xiàn)場檢測壓型鋼板-混凝土組合樓板板面裂縫位置及分布形態(tài)，采用有限元軟件進(jìn)行計算分析樓板承載力及溫度效應(yīng)，綜合分析板面裂縫原因，并對組合樓板結(jié)構(gòu)安全性做出評價，為解決工程問題提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 壓型金屬板設(shè)計施工規(guī)程YBJ216-88北京：冶金工業(yè)出版社，1989

[2] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2010 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010

[3]組合樓板設(shè)計與施工規(guī)范CECS273：2010 北京：中國計劃出版社，2010

[4]房屋裂縫檢測與處理技術(shù)規(guī)程 CECS293：2011 北京：中國計劃出版社，2011