某鋼-混結構樓板在荷載試驗下的裂縫分析

劉有軍 董桂紅 王紀偉

摘要：樓板裂縫是鋼-混結構中常見的通病之一。樓板裂縫會引起滲漏，降低建筑的抗滲能力，影響建筑物的使用功能。同時還會引起鋼筋的銹蝕，降低材料耐久性，影響建筑物的承載能力，降低建筑的使用壽命。以某鋼-混結構的樓板為例，進行現場荷載試驗，記錄樓板裂縫變化、樓板和鋼梁的撓度以及樓板和鋼梁的動態響應。分析裂縫對結構產生的影響，并提出處理建議。

Abstract： Floor cracks are one of the common diseases in steel-concrete structures. Floor cracks can cause leakage， reduce the building's permeability， and affect the use of buildings. Cracks will also cause corrosion of steel bars， reduce the durability of materials， and affect the bearing capacity of buildings. Cracks would reduce the useful life of buildings. Taking the floor of a steel-concrete structure as an example， the loading test is carried out to record changes of floor cracks， and the deflection of floor and steel beams are also recorded. The dynamic response of floor and steel beams are tested. The influence of cracks on structure is analyzed， and some suggestions are put forward.

關鍵詞：混凝土樓板;鋼梁;裂縫;荷載試驗

Key words： concrete floor;steel beams;cracks;loading test

中圖分類號：TU375.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）17-0121-04

0? 引言

對于磚混結構、框架結構等結構類型，鋼筋混凝土現澆樓板出現各種程度的裂縫是十分普遍的。裂縫的存在不僅影響建筑美觀和使用功能，也極有可能會給建筑結構的安全性和整體性造成影響。樓板裂縫大多會給房屋使用者帶來不便，而樓板開裂引起的質量投訴也一直居高不下。如何采取措施克服和控制樓板裂縫的發展是一項技術難題[1]。產生樓板裂縫的原因較多，樓板裂縫在承受內在與外在的荷載作用下會產生位移，輕則影響建筑使用，重則影響結構承載，威脅結構安全[2]。因此，對出現裂縫的樓板結構安全性進行檢測鑒定是十分必要的。文章以鋼-混框架結構為案例，對開裂嚴重的樓板進行裂縫普查，包括開裂樓板的裂縫分布測繪及裂縫寬度測讀，以全面了解該樓樓板開裂狀況并分析裂縫成因，在裂縫普查工作完成后，樓板進行靜載試驗，通過觀測加載前后樓板的撓度及裂縫發展狀況[3]，分析裂縫主要成因以及裂縫對結構安全性的影響。

1? 工程概況

構件幾何尺寸：

某商業中心位于昆明市北京路與霖雨路交叉口，該建筑為鋼-混框架結構，框架柱與樓板為鋼筋混凝土構件，框架梁為鋼梁。該建筑標高±0.000mm 7-8/（1/0A-2/0A）樓板及7-8/（2/0A-3/0A）樓板存在不同程度開裂，裂縫特性各異[2]。受業主委托，對上述兩塊樓板進行檢測，加載荷載為23.5t載重貨車，明確車輛荷載對上述兩塊樓板的影響。檢測項目分為：

①樓板裂縫在空載與車輛荷載下的寬度變化;②鋼梁與樓板跨中在車輛荷載下的撓度變化;③鋼梁跨中在車輛荷載下的動態應變;④樓板在車輛荷載下的動力響應。

車輛加載情況如圖1。

2? 現場檢測

2.1 樓板裂縫的寬度變化

該樓框架柱、梁構件及樓板板底均已粉刷，現場檢查結構框架柱、梁構件及其連接節點未見明顯開裂或變形;填充墻體未見明顯的不均勻沉降裂縫[4]。對存在開裂的7-8/（1/0A-2/0A）樓板及7-8/（2/0A-3/0A）樓板的裂縫進行描述并標記（共標記5處）。具體裂縫分布狀態如圖2。

根據現場檢測發現：樓板部分裂縫狀態呈現為斜向分布，部分裂縫平行于字母軸方向，沿鋼梁與混凝土板的連接部位可見豎向裂縫，個別裂縫為不規則的龜裂，可見樓板裂縫無明顯分布規律，開裂形態表現出較為明顯的收縮裂縫特征，屬于非結構受力裂縫[5]。

采用ZBL-F800裂縫綜合測試儀檢測加載前后樓板的撓度及裂縫寬度發展狀況。分別測量標記裂縫在空載與車輛荷載下的寬度變化，發現在空載情況下板底最大裂縫寬度測讀值為0.60mm，在車輛荷載下，裂縫寬度最大變化值為0.04mm，最小變化值為0.02mm。具體見表1。

樓板在荷載試驗加載過程中，均未出現新增裂縫，各試驗樓板在加載前后的裂縫寬度變化值較小，最大僅0.04mm，可見該樓板裂縫的形成以及發展與荷載因素的相關性不大[6]。在安全性檢驗最大加載值作用下，所測樓板未見破壞跡象[3]。

2.2 鋼梁與樓板的撓度變化在7-8/（1/0A-2/0A）及7-8/（2/0A-3/0A）樓板的跨中及其板下主梁和次梁的跨中支設大量程百分表，觀測其在車輛荷載下的撓度變化。具體支設位置如??分別測量樓板跨中及鋼梁跨中在車輛荷載下的撓度變化，發現在車輛荷載下，樓板跨中最大撓度變化值為1.58mm;鋼梁跨中最大撓度變化值為0.65mm。具體見表2。試驗樓板、鋼梁跨中撓度均小于受彎構件的撓度允許值;實測撓度與荷載基本保持線性關系。依據《混凝土結構現場 檢測技術標準》（GB/T50784-2013）[7]第12.2.14條規定，在構件安全性檢驗荷載的作用下，所檢樓板的安全性滿足要求。

2.3 鋼梁動態應變

對7-8/（1/0A-2/0A）樓板下的鋼梁跨中下翼緣進行打磨去漆，粘貼應變片，并在附近同材料鋼梁6-7/（2/0A）上粘貼溫度補償片，組成1/4橋路，測量鋼梁在車輛荷載下的動態應變變化。應變片粘貼位置如圖5、圖6。

分別測量鋼梁跨中在車輛荷載下的動態應變，發現在車輛荷載下，鋼梁跨中最大動態拉應變在⑤號位置，為49με，遠小于鋼梁的極限拉應變。如圖7，其中①號為紅色曲線、②號為綠色曲線、③號為藍色曲線、④號為紫色曲線、⑤號為黑色曲線。

2.4 樓板動力響應

采用DH3819無線靜態應變測試分析系統以及DH5922動態信號測試分析系統對樓板7-8/（1/0A-2/0A）進行實驗分析。在樓板跨中位置附近固定兩個加速度傳感器，測量該樓板在車輛荷載下的動力響應（加速度變化），加速度傳感器固定位置如圖8，現場檢測如圖9。

分別測量樓板①號和②號位置在車輛荷載下的動力響應，發現該樓板在車輛荷載下的最大加速度為0.001m/s2，遠小于樓蓋加速度限值要求。具體如圖10，其中第一條為①號位置、第二條為②號位置。

3? 結構裂縫原因分析

很多原因會造成混凝土構件開裂，比如外力荷載[6]，主要表現為建筑受到周邊的振動影響，建筑結構基礎不均勻沉降等。此外，建筑結構設計欠缺考慮、施工過程養護不當、溫差太大產生溫度應力以及混凝土的收縮等都會使得混凝土構件的薄弱部位產生裂縫。

經過調差，該商業中心周邊環境穩定，未有打樁、爆破等引起振動的事項。而基礎不均勻沉降產生的裂縫分布具有一定的規律性，表現為框架柱梁節點、填充墻及梁構件出現開裂，最終才會導致樓板開裂[7]。經檢測，該結構樓板裂縫分布狀態無規律，并且未發現填充墻及框架梁開裂， 填充墻體未見明顯的不均勻沉降裂縫，僅部分樓板出現開裂現象。可排除基礎不均勻沉降的影響因素。

當混凝土構件所受到的約束拉應力超過了其抗拉強度或極限拉應變就會產生非荷載裂縫。該商業中心混凝土樓板在現澆過程中硬化，構件體內水分蒸發，構件體積逐漸減小，商業中心的樓板較大，水分蒸發速度快，導致混凝土收縮的快，混凝土樓板四周產生的約束力增大，因此引起樓板開裂。此外，室內外的溫度差異引起構件的溫度應力，使樓板在約束處開裂。

4? 結語

樓板裂縫分布狀態無規律。從結構的受力情況分析，該商業中心的樓板裂縫并不符合板構件受力后內力分布的特點。從裂縫形態上看，有的平行支座，有的斜向走向，裂縫開裂形態屬于非結構受力裂縫[8]。

在車輛荷載下，鋼梁跨中最大動態拉應變為49με，遠小于鋼梁的極限拉應變。樓板的最大加速度為0.001m/s2，遠小于樓蓋加速度限值要求。

綜合以上可知，這些裂縫的產生與板的結構受荷無關，即與板的承載能力無關[8]，目前樓板裂縫對結構承載力影響較小。建議對現有樓板裂縫進行封閉處理，以保證耐久性，同時定時觀測樓板裂縫開展情況，以保證安全。

參考文獻：

[1]徐有鄰，顧祥林.混凝土結構工程裂縫的判斷與處理[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]陳俊民.某住宅樓板裂縫檢測與靜載試驗[J].江西建材，2016（17）：105-111.

[3]王振平.混凝土現澆樓板裂縫的分析與防控[J].工程質量，2015，33（1）：64-69.

[4]張燦民.某住宅樓樓板裂縫成因及安全性技術鑒定[J].福建建材，2018（4）：30-32.

[5]侯曉東.高層建筑樓板貫穿裂縫的分析與處理[J].建筑技術，2017（4）：94-96.

[6]侯曉東.混凝土樓板裂縫現場檢測與分析——以某教學樓為例[J].四川建材，2018，44（4）：24-25.

[7]混凝土結構現場檢測技術標準：GB/T50784-2013[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[8]唐玉文.某住宅小區現澆樓板裂縫調查及成因分析[J].成都工業學院學報，2018，21（3）：47-50.

[9]王季青，胡春蘭.現澆混凝土樓板裂縫檢測與靜載試驗[J].長沙理工大學學報，2010，7（1）：46-51.

作者簡介：劉有軍（1985-），男，云南昭通人，工程師，本科，項目經理，研究方向為工程結構檢測及鑒定。