裝配式混凝土建筑預制樓梯結構性能檢驗研究

黃天藝

北京工業大學，北京 100022

當前，建筑行業不斷向著工業化的方向發展，裝配式混凝土建筑的建設總量上升，對于預制構件有著更高的需求。由于預制構件的結構性能與裝配式混凝土建筑的整體質量存在著極為緊密的聯系，因此必須落實有效的結構性能檢驗，保證預制構件的實用性與安全性。在此次研究中，主要選取預制樓梯展開結構性能檢驗。

1 結構性能檢驗

近年來，我國積極推動建筑行業工業化進程，使建筑行業的市場規模不斷擴大，預制構件的生產企業數量也有所增加。在裝配式混凝土建筑中，預制構件的結構性能直接關系裝配式建筑的整體質量。因此，在進行裝配式混凝土建筑的結構測驗中，必須展開對預制構件的結構性能檢驗，其結果可以作為判斷裝配式混凝土結構使用安全性的標準。

在《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204— 2015）中，強調了對梁板類簡支受彎預制構件進行檢驗的必要性，要求預制構件進入施工現場的同時接受結構性能檢驗。在實際操作中，針對同一類預制構件，應選取不超過1000 個構件為一批，并在每批預制構件中隨機抽取一個構件作為樣本展開結構性能檢驗。相比于其他檢驗（如尺寸偏差檢驗、外觀質量檢驗、實體檢驗等），結構性能檢驗具有一定的特殊性，需要對預制構件樣本展開破壞，即結構性能檢驗屬于破壞性實驗檢驗。該檢驗主要依托加載試驗的展開，對預制構件的變形、裂縫出現及發展、破壞荷載及破壞形態進行檢驗。從這一角度看，結構性能檢驗的主要目標在于確定預制構件的撓度、抗裂性能、裂縫寬度以及承載能力等，以此完成梁板類簡支受彎預制構件結構性能的綜合性評價。

2 樣本選取

在此次研究中，主要選取了35 個預制樓梯構件作為結構性能檢驗的樣本。這些預制樓梯樣本的混凝土強度等級均為C30，受力鋼筋的等級為HRB400。各個樣本的基本數據見表1。

表1 預制樓梯樣本的基本數據 單位：mm

3 檢驗方法與評定準則

3.1 檢驗方法

根據《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204— 2015）中的相關規定，主要的檢驗內容包括承載力檢驗、撓度檢驗、裂縫寬度檢驗[1]。在此結構性能檢驗中，所使用的方法包含分級加載和短期靜力。針對預制樓梯樣本，應用了三分點集中加載檢驗的方法。

3.2 評定準則

（1）結構性能檢驗。結合上述檢驗內容，確定承載力、撓度以及準永久組合值下的裂縫寬度為此次結構性能檢驗的關鍵性指標。

對于承載力而言，標志著預制樓梯樣本的承載力達到極限狀態的情況包括在受拉主筋區域，產生裂縫的最大寬度為1.5mm 或是撓度達到跨度的1/50；受拉主筋發生斷裂；受壓區域中混凝土結構遭到破壞[2]。這三種現象出現任意一個，即可判斷預制樓梯樣本的承載力達到極限狀態。依據《建筑結構荷載規范》（GB 50009—2012）的規定可知，對于承載力的極限狀態，應根據荷載效應的基本組合或是偶然組合完成荷載效應組合。預制樓梯應選取荷載效應的基本組合。基于可變荷載效應控制的組合以及永久荷載效應控制組合中的最不利值，確定荷載效應基本組合的設計值。

一般當檢驗結果滿足下式時，可以證明預制樓梯樣本的承載力檢驗合格，即：

當撓度的結果滿足《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204—2015）中的相關要求，即可判定預制樓梯樣本的撓度檢驗合格[3]，即：

式中：[af]為受彎構件的撓度限制；θ 為考慮荷載長期效應組合對撓度增大的影響系數。

對于準永久組合值下的裂縫寬度，根據《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204—2015）中的相關要求，當該數值小于0.2mm 時，即可判定預制樓梯樣本的裂縫寬度檢驗合格[4]。

（2）混凝土強度檢測。為了進一步明確樣本質量，文章引入了混凝土強度檢測。實踐中，針對所有樣本提取3個直徑為100mm、高度為120mm 的混凝土芯樣，并結合《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（JGJ/T 384—2016）中的內容完成檢測。使用的芯樣均提前完成了檢查，中間不存在鋼筋結構，且未觀察到缺損問題。為了保證檢測結果的科學性，此次檢測中將取芯位置設定在各個預制樓梯構件的平臺區域。因為該區域基本不受到結構性能檢驗的影響，所以獲得的混凝土強度檢測結果更加合理、真實。

4 結果分析

4.1 結果數據

（1）結構性能檢驗的結果數據。此次結構性能檢驗中所得到的結果數據見表2。

表2 結構性能檢驗的結果數據

由表2 可知，在35 個預制樓梯構件樣本中，承載力系數相對值、跨中撓度相對值、最大裂縫寬度均滿足質量要求；而在抗壓強度方面，有5 個樣本未滿足C30 等級的相關要求。

（2）混凝土強度檢測的結果數據。依托芯樣抗壓強度測試，得到的結果數據見表3。

表3 混凝土強度檢測的結果數據 單位：MPa

由表3 可知，35 個預制樓梯構件的混凝土強度（芯樣抗壓強度）平均值為44.26MPa，標準差為11.61MPa。與C30 等級要求進行對比，發現有5 個預制樓梯構件樣本的混凝土強度未達到設計要求，即混凝土強度在30MPa 以下，甚至有2 個預制樓梯構件樣本的混凝土強度在25MPa 以下。

4.2 數據總結

在實際的加載過程中，預制樓梯構件的受彎主裂縫最初發生于樓梯底部區域，方向為沿著寬度方向；在加載不斷進行的過程中，主裂縫兩側逐步出現多條裂縫，普遍屬于跨中裂縫。在檢驗中，一旦觀察到預制樓梯構件的承載力顯示進入極限狀態的標志后，應立即停止檢驗[5]。結果顯示，當受拉區域中的混凝土裂縫寬度達到1.5mm 后，此次檢驗中使用的35 個預制樓梯構件均出現受彎破壞。同時，在準永久荷載條件下，此次檢驗中使用的35 個預制樓梯樣本所產生裂縫的最大寬度均滿足標準要求，其中，有28 個樣本未觀察到肉眼可見的裂縫。

總而言之，樣本的承載力系數相對值的平均值為2.66，合格率達到100%；跨中撓度相對值的平均值為0.18，合格率達到100%；最大裂縫寬度平均值為0.01mm，合格率達到100%；抗壓強度平均值為44.26MPa，與C30 等級對比，有30 個樣本達到要求，合格率為85.7%。換言之，35 個預制樓梯樣本的結構性能均符合相應要求，從平均值的角度看，擁有較大的安全儲備。

在《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）中，對混凝土的強度有更加嚴格的要求。該規范指出，在實際的建筑工程施工中，所使用的鋼筋材料的強度等級≥400MPa時，相應工程施工中所選用的混凝土強度等級不得在C25以下。同時，根據《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ 1—2014），在制作預制構件時，所選用的混凝土等級不得在C30 以下。這樣的要求不僅提升了施工材料的利用率，也保障了裝配式混凝土的質量、使用年限。同時，結合混凝土強度檢測的結果，在針對裝配式混凝土建筑中的預制構件展開結構性能檢驗的過程中，應同步落實混凝土強度檢測，從而更加全面、可靠地確定預制構件的質量[6]。另外，由于預制樓梯的承載力擁有較大的富裕度，因此可以在落實結構性能檢驗前進行混凝土強度檢測。

5 結束語

綜上所述，對預制樓梯構件展開承載力檢驗、撓度檢驗、裂縫寬度檢驗，以此確定其結構性能。結果表明，構件樣本在結構性能方面的合格率達到100%。進一步展開混凝土強度檢驗，發現存在85.7%的構件樣本達到C30 等級要求。因此，為了最大程度上保證預制樓梯構件的性能與使用安全性，需要在展開結構性能檢驗的同時落實混凝土抗壓強度測試，更好地維護構件質量。