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層鋼結構廠房，采用壓型鋼板-混凝土組合樓板進行加固改造，投入使用后混凝土樓板出現規律分布裂縫?，F場對裂縫位置、分布形態等現狀進行檢測，采用有限元軟件進行模擬計算，探索裂縫原因，并分析樓板結構安全性。

關鍵詞：壓型鋼板;組合樓板;裂縫;有限元分析

近年來，鋼-混凝土組合結構的發展給建筑帶來許多結構優越性和施工便利性，在建筑結構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，以發揮出良好的受力性能及抗變形能力，形成效果好、經濟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，減輕結構自重，有利于減小整個結構各構件的截面尺寸;（3）用壓型鋼板作為結構的配筋，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層鋼結構廠房的壓型鋼板-混凝土組合樓板作為工程實例，現場檢測板面裂縫位置及分布形態，采用有限元軟件進行模擬計算，探索裂縫原因，并分析樓板結構的安全性。

一、工程概況

該項目位于上海市閔行區，因業主生產經營需要，對原有廠房二層局部進行重新裝飾修繕，以滿足生產需要，二層樓面設計采用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構樓面，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月初發現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、樓板裂縫現狀檢測

（一）裂縫分布

通過現場對壓型鋼板-混凝土組合樓板板面裂縫情況的檢測，板面共發現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軸發現2條可見裂縫，分別靠近K軸和M軸。現場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

（1）裂縫寬度檢測

現場采用智博聯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行檢測測量。

根據現場實際情況，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。

通過現場觀察發現，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現，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行統計分析，歸納出八種基本裂縫形式，詳見表2，其他更為復雜裂縫往往由這些基本裂縫形式組合而成。

由現場檢測的裂縫分布形態可見，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

根據現有研究成果及現場實際經驗，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，現場對可能引起裂縫的各種原因進行檢測分析。

（1）依據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T23-2011）技術要求，現場采用回彈法對組合樓板混凝土強度進行檢測，強度推定值在30.0MPa～33.3MPa之間，強度等級推定為C30，滿足設計強度要求。

（2）依據《建筑變形測量規范》（JGJ8-2016）技術要求，現場采用TCR1202+型全站儀并結合棱鏡對組合樓板板面進行變形檢測（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高。由檢測結果可知，壓型鋼板-混凝土組合樓板板面并無明顯變形。

（3）經過現場檢測復核得知，板面配筋順肋方向為10@150，橫肋方向為8@150，檢測結果與委托方提供的結構圖紙等資料基本一致。

（4）承載力計算

依據規范《壓型金屬板設計施工規程》（YBJ216-88）、《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ 99-98）及中國工程建設協會標準《組合樓板設計與施工規范》（CECS273：2010），對組合樓板進行施工階段的受彎承載力和使用階段的受剪承載力計算。驗算結果表明組合樓板以及鋼梁理論承載力計算結果滿足設計使用要求，由此可知該組合樓板開裂不是由于承載力不足而導致。

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

混凝土收縮應變與齡期的關系如下式：

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

（5）混凝土是一種多孔膠凝人造石材，屬剛性體，主要特點抗壓強度高、抗拉強度低、延伸率略小、易產生收縮裂縫。考慮該項目組合樓板屬于超長板，而施工時并未嚴格按規范設置后澆帶，組合樓板混凝土向樓板側邊發生收縮，導致結構中部的組合樓板混凝土內產生由于收縮變形引起的收縮應力，以致樓板

中間部位出現較多細小裂縫，當樓板受到荷載作用后，構件內部裂縫得以發展。當裂縫發展穩定后，在誤差允許范圍內，裂縫寬度一般均不大于0.3mm（對于年平均相對濕度小于60%一類環境下的受彎構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律，判定屬于收縮裂縫，為非結構裂縫，不影響結構安全。

四、結語

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

參考文獻：

[1] 壓型金屬板設計施工規程YBJ216-88北京：冶金工業出版社，1989

[2] 混凝土結構設計規范GB50010-2010 北京：中國建筑工業出版社，2010

[3]組合樓板設計與施工規范CECS273：2010 北京：中國計劃出版社，2010

[4]房屋裂縫檢測與處理技術規程 CECS293：2011 北京：中國計劃出版社，2011