住宅大露臺懸挑梁受力性能荷載試驗分析

田連波

（貴州永興建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，貴州 貴陽）

引言

懸挑梁在整個結(jié)構(gòu)體系中具有特殊性，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將對整幢建筑物構(gòu)成極大的安全隱患[1]。因此，懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計受力的合理性、安全儲備的控制對建筑物的安全至關(guān)重要，本研究結(jié)合某住宅大露臺懸挑梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計及現(xiàn)場荷載試驗實踐，對大懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案選擇的合理性原則進行探討[2]。

1 項目概況

（1）擬建項目位于貴陽市白云區(qū)。該項目T 戶型一共7 棟，本次檢測范圍均為T 戶型大露臺原位靜荷載試驗, 構(gòu)件混凝土強度為C30。

（2）本次堆載試驗懸挑戶型的懸挑長度為2.5 m（露臺1 和露臺2）和3.2 m（露臺3 和露臺4）。

（3）露臺1 和露臺3 懸挑梁配筋按照0.6 m 全鋪覆土計算設(shè)計，露臺2 和露臺4 懸挑梁配筋按照常規(guī)露臺設(shè)計。

2 露臺堆載試驗方案設(shè)計

根據(jù)相關(guān)設(shè)計資料，該露臺恒荷載12.0 kN/m2（0.6 m 容重為20 的覆土重，不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2。試驗加載值為33.36 kN/m2[6]。本次檢測采用均布荷載分級加載試驗方法，在加載過程中進行鋼筋應(yīng)力、撓度和裂縫的觀測。加載順序為4 個露臺同時進行加載，先加載露臺的外側(cè)區(qū)域，外側(cè)區(qū)域加載到0.6 m 后再加載露臺內(nèi)側(cè)區(qū)域到0.6 m 高，繼續(xù)在每個露臺上滿鋪均布荷載繼續(xù)逐級加載[5]。

3 露臺懸挑梁荷載試驗結(jié)果與分析

所有露臺在加載至3 級荷載（外半側(cè)0.6 m 覆土）均未出現(xiàn)裂縫，撓度及鋼筋應(yīng)力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求，當(dāng)加載至4 級荷載（滿鋪0.6 m 覆土），懸挑梁均出現(xiàn)不同程度裂縫，裂縫寬度均大于0.2 mm，露臺1 至露臺4 加載后的荷載撓度曲線見圖1 至圖4，根據(jù)荷載撓度曲線可知，荷載- 撓度曲線接近直線，該露臺懸挑梁處于彈性工作階段。

圖1 露臺1 懸挑梁荷載- 撓度曲線

圖2 露臺2 懸挑梁荷載- 撓度曲線

圖3 露臺3 懸挑梁荷載- 撓度曲線

圖4 露臺4 懸挑梁荷載- 撓度曲線

露臺1 至露臺4 加載后的荷載縱向鋼筋筋應(yīng)力數(shù)值見表1，通過表1 數(shù)值可知，在加載過程中，懸挑梁縱向鋼筋均未達到屈服。

表1 露臺1 至露臺4 加載時各級荷載下各縱筋的應(yīng)力

3.1 露臺1 和露臺2 試驗檢測結(jié)果對比分析

露臺1 考慮全鋪0.6 m 覆土荷載計算結(jié)果配筋，實驗施工圖中的梁配筋按照2.5%設(shè)計，梁頂筋為2C25/2C25/2C20。露臺2 按建筑面層荷載梁配筋，施工圖梁頂筋為3C20 / 3C18[3-4]。

（1）由測試成果分析，露臺1 加載到第4 級（均布荷載12 kN/m2）時，懸挑梁支座頂部開始開裂，加載到第6 級（均布荷載30 kN/m2），該露臺懸挑梁最大裂縫寬度為0.39 mm，荷載- 撓度曲線接近直線，該露臺受力構(gòu)件處于彈性工作階段，梁頂縱向受力鋼筋最大應(yīng)力為76.6 N/mm2未達到屈服，懸挑梁最大撓度為5.38 mm，所有檢測指標(biāo)均未達到承載能力極限狀態(tài)標(biāo)志。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152-2012）[8]，該懸挑梁的承載力檢驗系數(shù)大于1.2，證明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，滿足承載能力極限狀態(tài)要求。該露臺準(zhǔn)永久組合效應(yīng)設(shè)計值為13.4 kN/m2，但加載到12 kN/m2時懸挑梁支座頂部就出現(xiàn)了0.26 mm寬裂縫，超過了裂縫檢驗允許值0.20 mm[7]，說明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，不滿足正常使用極限狀態(tài)要求。

（2）由測試成果分析，露臺2 加載到第4 級（均布荷載12 kN/m2）時，懸挑梁支座頂部開始開裂，加載到第6 級（均布荷載30 kN/m2），該懸挑梁支座頂部最大裂縫寬度為0.71 mm，荷載- 撓度曲線接近直線，該露臺受力構(gòu)件處于彈性工作階段，鋼筋均未屈服，梁頂縱向受力鋼筋最大應(yīng)力為127.7 N/mm2未達到屈服，懸挑梁最大撓度為4.16 mm，所有檢測指標(biāo)均未達到承載能力極限狀態(tài)標(biāo)志。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152-2012）[8]，該懸挑梁的承載力檢驗系數(shù)大于1.2，證明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，滿足承載能力極限狀態(tài)要求。該露臺準(zhǔn)永久組合效應(yīng)設(shè)計值為13.4 kN/m2，但加載到12 kN/m2時懸挑梁支座頂部就出現(xiàn)了0.35 mm 寬裂縫，超過了裂縫檢驗允許值0.20 mm[7]，說明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，不滿足正常使用極限狀態(tài)要求。

3.2 露臺3 和露臺4 試驗檢測結(jié)果對比分析

露臺3 考慮全鋪0.6 m 覆土荷載計算結(jié)果和梁配筋，實驗施工圖中的梁配筋按照2.5%設(shè)計，梁頂筋為11C25 5/4/2。露臺4 按正常建筑面層荷載配筋，施工圖梁頂筋為9C25 5/4[3-4]。

（1）由測試成果分析，露臺3 加載到第4 級（均布荷載12 kN/m2）時，懸挑梁支座頂部開始開裂，加載到第7 級（均布荷載24 kN/m2），該露臺懸挑梁支座頂部最大裂縫寬度為1.50 mm，荷載- 撓度曲線接近直線，該露臺受力構(gòu)件處于彈性工作階段，梁頂縱向受力鋼筋最大應(yīng)力為286.4 N/mm2，鋼筋均未屈服，懸挑梁最大撓度為26.53 mm，裂縫寬度達到承載能力極限狀態(tài)標(biāo)志，取前一級荷載（既加載均布荷載20 kN/m2）作為該露臺的承載能力極限狀態(tài)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152-2012）[8]，該懸挑梁的承載力檢驗系數(shù)小于1.2，證明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，不滿足承載能力極限狀態(tài)要求。該露臺準(zhǔn)永久組合效應(yīng)設(shè)計值為13.4 kN/m2，但加載到12 kN/m2時懸挑梁支座頂部就出現(xiàn)了0.56 mm 寬裂縫，超過了裂縫檢驗允許值0.20 mm[7]，說明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，不滿足正常使用極限狀態(tài)要求。

（2）由測試成果分析，露臺4 加載到第4 級（均布荷載12 kN/m2）時，露臺懸挑梁支座頂部開始開裂，加載到第7 級（均布荷載24 kN/m2），該懸挑梁支座頂部最大裂縫寬度為1.81 mm，荷載- 撓度曲線接近直線，該露臺受力構(gòu)件處于彈性工作階段，梁頂縱向受力鋼筋最大應(yīng)力為284.0 N/mm2，鋼筋均未屈服，懸挑梁最大撓度為28.16 mm，裂縫寬度達到承載能力極限狀態(tài)標(biāo)志，取前一級荷載（既加載均布荷載20 kN/m2）作為該露臺的承載能力極限狀態(tài)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152-2012）[8]，該懸挑梁的承載力檢驗系數(shù)小于1.2，證明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，不滿足承載能力極限狀態(tài)要求。該露臺準(zhǔn)永久組合效應(yīng)設(shè)計值為13.4 kN/m2，但加載到12 kN/m2時懸挑梁支座頂部就出現(xiàn)了0.46 mm 寬裂縫，超過了裂縫檢驗允許值0.20 mm[7]，說明該露臺在施加恒荷載12.0 kN/m2（不含樓板自重），活荷載3.5 kN/m2的狀態(tài)下，不滿足正常使用極限狀態(tài)要求。

4 結(jié)論及建議

對露臺懸挑梁進行現(xiàn)場足尺模型荷載試驗，通過試驗分析得出，露臺懸挑長度為2.5 m 時（截面尺寸為200 mm×600 mm），無論露臺按常規(guī)露臺配筋還是按照覆土0.6 m 配筋，露臺懸挑梁均不滿足正常使用極限狀態(tài)要求，均滿足承載能力極限狀態(tài)要求；當(dāng)露臺懸挑梁長度達到3.2 m 時（截面尺寸為400 mm×600 mm），無論露臺按常規(guī)露臺配筋還是按照覆土0.6 m 配筋，露臺懸挑梁均不滿足正常使用狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)要求，說明了懸挑長度是決定梁受力性能最主要的因素，懸挑梁最早開裂的部位均為支座負(fù)彎矩處、裂縫的較早產(chǎn)生影響了懸挑梁的正常使用性能。建議后續(xù)工程中，梁高在設(shè)計軟件輸出數(shù)值的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高，同時也可考慮預(yù)應(yīng)力或新材料延遲裂縫較早的產(chǎn)生。綜上，增大懸挑梁的截面高度和使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)等延遲裂縫的開展對提高懸挑梁的受力性能具有很大的提升效果。