某裝配式建筑預制混凝土板式樓梯結(jié)構(gòu)性能檢驗分析

張 琳 （安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

1 裝配式建筑的意義

目前，隨著建筑行業(yè)對綠色建筑、節(jié)能環(huán)保等一系列概念的推廣，裝配式建筑得到國家及行業(yè)的重視，該建筑模式是采用模塊化設計、標準化制作、批量化生產(chǎn)、整體化安裝，把傳統(tǒng)的建筑物建造方式中大量的現(xiàn)場作業(yè)通過改變制造模式轉(zhuǎn)移到工廠，通過工廠流水線制造模式進行現(xiàn)代化大批量工業(yè)化生產(chǎn)，不僅能保證工程質(zhì)量，降低安全隱患，減少人力投入，又提高了生產(chǎn)效率，最重要的是節(jié)能環(huán)保，減少了施工現(xiàn)場建筑垃圾的產(chǎn)生及對空氣與水土的污染。我國正積極推進裝配式建筑發(fā)展，通過全球化的發(fā)展交流，借鑒各國裝配式建筑的發(fā)展經(jīng)驗，發(fā)展和完善適合我國國情和行業(yè)環(huán)境的技術和管理體系。目前民眾對裝配式建筑的疑慮主要集中在其安全性及承載能力上，現(xiàn)以實例對裝配式建筑中最常用到的預制混凝土板式樓梯的性能進行檢驗分析，論證其承載能力是否滿足設計及使用要求。

2 工程概況

合肥市某高層住宅建筑三期1#樓為地下1層，地上23層，其中1～4層為現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，5 層及以上為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑類別為一類高層住宅建筑，結(jié)構(gòu)設計使用年限為50 年，抗震設防烈度為7 度?，F(xiàn)選取該建筑第20 層的一塊板式預制樓梯進行實體質(zhì)量及結(jié)構(gòu)性能檢驗，所選構(gòu)件編號為PCLT-1#。

3 檢測設備

直角靠尺、塞尺、鋼卷尺、游標卡尺、數(shù)字回彈儀、鋼直尺、鋼筋保護層測定儀、裂縫測寬儀、百分表、計時器等。

4 檢測過程

4.1 預制混凝土板式樓梯實體檢驗

外觀質(zhì)量見表1；

表1 預制混凝土板式樓梯外觀質(zhì)量檢測

尺寸偏差見表2。

表2 預制混凝土板式樓梯尺寸偏差檢測

4．1．1 預制混凝土板式樓梯實體檢測

鋼筋保護層厚度：

混凝土板式樓梯鋼筋保護層厚度設計為20mm；

混凝土板式樓梯鋼筋保護層厚度規(guī)范允許偏差為（0，+5）mm；

混凝土板式樓梯鋼筋保護層厚度實測 為20mm、20mm、24mm、21mm、22mm、21mm；

單項評定為合格。

鋼筋配置：

混凝土板式樓梯鋼筋配置設計為板底橫向鋼筋間距為200mm；板底縱向鋼筋間距為100mm；

圖1 樓梯俯視圖

圖2 樓梯側(cè)視圖

混凝土板式樓梯鋼筋間距允許偏差為（-10，+10）mm；

混凝土板式樓梯鋼筋配置實測為板底橫向鋼筋間距為192mm；板底縱向鋼筋間距為98mm；

單項評定為合格。

混凝土強度：

混凝土板式樓梯強度設計為C30；

混凝土板式樓梯實測混凝土強度推定值為36．9MPa。

單項評定為合格。

4.2 預制混凝土板式樓梯性能檢驗

4．2．1 試件基本參數(shù)

所選試件尺寸為 3080mm×120mm×1180mm，混凝土強度設計等級為C30，板底鋼筋配置為縱向C10@100，上層縱向鋼筋配置為C10@200，上、下層橫向鋼筋配置均為C8@200。

4．2．2 試件試驗荷載確定

試件永久荷載SG=5．9kN/m2，活荷載SQ=3．5kN/m2，荷載標準組合值為9．4kN/m2，荷載基本組合值為12．9kN/m2；

經(jīng)計算，荷載長期效應組合對撓度增大的影響系數(shù)θ=1．8；[af]=L0/200，實測兩支座凈跨L0為2560mm，因此[af]為12．8mm；撓度檢驗值[as]=[af]/θ=12．8/1．8=7．1mm；

預制樓梯設計允許裂縫最大寬度限值為0．3mm，由《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2015）表B．1．5 查得最大裂縫寬度允許值[wmax]=0．20mm。

4．2．3 加載方式及系數(shù)

加載方式采用每塊重10．2kg 的相同尺寸鋼板均布加載；

正常使用極限狀態(tài)檢驗的加載系數(shù)K 取0．2，0．4，0．6，0．8，1．0，1．1，1．2，1．3，1．4，1．5；

③承載能力極限狀態(tài)檢驗的加載系數(shù)K′取1．20，1．30，1．35，1．40，1．45，1．50，1．55。

4．2．4 分級加載步驟

①預制混凝土樓梯撓度檢驗。每級按正常使用短期荷載檢驗值的20%進行加載，持荷時間為15min，達到正常使用短期荷載檢驗值并持荷30min 后，觀察裂縫并記錄各項數(shù)據(jù)；

②預制混凝土樓梯承載力檢驗。每級按極限狀態(tài)承載力的5%進行加載，持荷時間15min。見表3-表4。

表3 正常使用極限狀檢驗加載制度

表4 承載能力極限狀態(tài)檢驗加載制度

4.3 結(jié)果分析

4．3．1 預制混凝土板式樓梯正常使用極限狀態(tài)檢驗

檢驗系數(shù)K=1．0，檢驗荷載為28．4kN 時，在施加檢驗荷載作用下試件跨中位移的實測值vm=0．47mm；在施加檢驗荷載作用下試件左端支座沉陷的位移實測值為vl=0．34mm、在施加檢驗荷載作用下試件右端支座沉陷的位移實測值為vr=0．11mm；外加試驗荷載作用下構(gòu)件跨中的撓度實測值aq=vm-(vl+vr)/2=0．25mm。

檢驗系數(shù)K=1．0，檢驗荷載為28．4kN 時，在施加檢驗荷載開始至試件混凝土出現(xiàn)裂縫的前一級荷載為止的外加荷載所產(chǎn)生的試件跨中撓度實測值ab=0．62mm；Mg/Mb=0．85，其中Mg為試件自重和加荷設備自重產(chǎn)生的跨中彎矩值，Mb為在施加檢驗荷載開始至試件出現(xiàn)裂縫的前一級荷載為止的外加荷載所產(chǎn)生的試件跨中彎矩值；試件自重以及加荷設備自重產(chǎn)生的試件跨中撓度值ag=0．53mm。

檢驗系數(shù)K=1．0，檢驗荷載為28．4kN 時，全部荷載作用下構(gòu)架跨中的撓度實測值at=aq+ag=0．78mm，小于撓度檢驗值[as]=7．1mm。此時試驗構(gòu)件尚未開裂，裂縫寬度小于最大裂縫寬度允許值[wmax]=0．20mm。因此所選取的預制混凝土板式樓梯試件滿足正常使用極限狀態(tài)要求。

4．3．2 預制混凝土板式樓梯承載能力極限狀態(tài)檢驗

①預制混凝土板式樓梯試件受彎檢驗：

當檢驗系數(shù)K′=1．20，檢驗荷載為46．8kN 時，此時試件承載力標志為底面出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度為0．08mm，未超過檢驗標志①相關狀態(tài)描述；

當檢驗系數(shù)K′=1．35，檢驗荷載為52．7kN 時，此時試件承載力標志為受壓區(qū)混凝土未破壞，未超過檢驗標志②相關狀態(tài)描述；

當檢驗系數(shù)K′=1．50，檢驗荷載為58．5kN 時，此時試件承載力標志為受拉主筋未拉斷，未超過檢驗標志④相關狀態(tài)描述。

②預制混凝土板式樓梯試件受剪檢驗：

當檢驗系數(shù)K′=1．40，檢驗荷載為54．6kN 時，此時試件承載力標志為試件側(cè)面未發(fā)現(xiàn)斜向裂縫，未超過檢驗標志③相關狀態(tài)描述；

當檢驗系數(shù)K′=1．55，檢驗荷載為60．5kN 時，此時試件承載力標志為未發(fā)現(xiàn)試件沿斜截面混凝土存在斜壓、斜拉破壞以及承受拉力的主筋在端部滑落或其他形式錨固破壞，未超過檢驗標志⑤相關狀態(tài)描述。

綜合分析試件受彎與受剪檢驗下試件承載力標志并與檢驗標志對比，得出試件滿足承載能力極限狀態(tài)要求。

5 結(jié)論

對所選取的預制混凝土樓梯構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能檢驗結(jié)果綜合分析，得出如下結(jié)論：

①當荷載加載至檢驗荷載（標準組合值）時，撓度和裂縫符合相關現(xiàn)行規(guī)范要求，受檢構(gòu)件滿足正常使用極限狀態(tài)要求；

②當荷載加載到各檢驗系數(shù)（K′=1．20～1．55）時，構(gòu)件未出現(xiàn)承載力標志，受檢構(gòu)件滿足承載能力極限狀態(tài)的要求。

6 結(jié)語

通過試驗可知，工廠化生產(chǎn)的預制構(gòu)件安全性及適用性能夠滿足設計及使用的要求。在中國建筑業(yè)逐步向高質(zhì)量發(fā)展過程中，裝配式建筑將會扮演重要的角色，通過國家的扶持與鼓勵及建筑行業(yè)人員的努力，經(jīng)過不斷的鉆研與完善，中國的裝配式建筑將逐步邁向全面發(fā)展與成熟完善，實現(xiàn)中國建筑行業(yè)的發(fā)展轉(zhuǎn)型。

圖3 位移計布置示意圖

圖4 現(xiàn)場加載照片

圖5 預制混凝土樓梯試件底面裂縫分布示意圖

圖6 預制混凝土樓梯試件側(cè)面裂縫分布示意圖