現澆鋼筋桁架樓承板變形試驗研究

王金波 劉利先，2

(1.昆明理工大學建筑工程學院 昆明 650500； 2.云南云智工程檢測鑒定有限公司 昆明 650000)

0 引言

鋼筋桁架樓承板綜合了壓型鋼板—混凝土樓板與傳統現澆鋼筋混凝土樓板的優勢，既保證了樓板面內剛度不會折減，又能快速施工[1-5]。近年來，鋼筋桁架樓承板被廣泛用于鐵路站房、高層建筑和會展中心，其機械化生產有利于鋼筋間距均勻、混凝土保護層厚度一致，從而提高了樓板的施工質量，施工時一般不需要架設腳手架支撐體系，加快了施工速度，節約了大量木材和腳手架，實現了綠色、環保、節能、高效的目標。但大量工程實踐表明，對于未加支撐的現澆鋼筋桁架樓承板，樓板面易出現開裂現象，影響建筑結構的適用性和耐久性，阻礙鋼筋桁架樓承板的推廣和發展。為了分析導致上述問題的主要原因，本文以某實際工程為例，進行鋼筋桁架樓承板在混凝土澆筑和凝結硬化過程中的變形和支撐立桿軸力監測試驗，研究結果可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

項目工程位于云南省昆明市，其主體結構為鋼結構，板面采用鋼筋桁架樓承板，地上建筑層數3層，主體高度20 m，總建筑面積3.19萬m2，該工程采用的鋼筋桁架樓承板型號為TDB7-120-576，具體參數如表1所示?，F場開展試驗監測時，二層樓面焊接在鍍鋅板的鋼筋桁架已經安裝完成，待澆筑混凝土。鋼筋桁架大樣如圖1所示。

圖1 鋼筋桁架大樣(單位：mm)

表1 鋼筋桁架尺寸

2 試驗方案及測點布置

2.1 試驗方案及監測內容

結合建筑結構現狀，經與施工單位商討，共同確定對二層(3-5/P-M)軸的四跨連續鋼筋桁架樓承板進行混凝土澆筑及硬化過程中鋼梁和樓板變形、支撐立桿軸力的監測，現場試驗樓板情況如圖2所示，試驗樓板尺寸及板編號如圖3所示。其中(3-4/P-M)軸的⑤～⑧號板在跨中加設了支撐，與(4-5/P-M)軸無支撐的①～④號樓板進行對比試驗。樓板厚150 mm，混凝土強度等級為C30，試驗區樓板跨度分別為4 000、3 000、2 500、2 500 mm。試驗區鋼梁規格型號、尺寸及鋼材種類如表2所示。

表2 鋼梁規格尺寸

圖2 現場試驗樓板

圖3 試驗樓板平面(單位：mm)

在混凝土澆筑及養護過程中，對以下內容進行監測：樓承板體系(樓板和鋼梁)的撓曲變形；支撐區域支撐立桿軸力；樓板裂縫發展情況。

2.2 測點布置

2.2.1 變形監測測點布置

對試驗區的四跨連續板按最不利施工荷載布置計算其撓度變形曲線，并進行變形測點布置，如圖4所示。由于①號板撓度值較大，試驗時以該板為重點監測對象，在跨中布置了9個測點，無支撐區域的②～④號板在跨中及支座處布置變形測點。對于支撐區域，僅在跨度較大的⑤號板布置測點。

圖4 變形監測測點布置

2.2.2 支撐立桿軸力監測測點布置

在支撐區域跨度最大的⑤號板跨中位置布置軸力監測點，軸力監測共布置5個測點，測點間距為1 300 mm。支撐立桿軸力監測測點布置如圖5所示。

圖5 軸力監測測點布置

3 監測結果及分析

混凝土澆筑后1 h，發現兩個區域鋼筋桁架樓承板混凝土板面普遍開裂，裂縫分布較為規則，基本沿鋼筋桁架方向，第一次裂縫出現后，施工單位進行二次抹面處理，處理后裂縫消失，并進行澆水鋪膜養護。混凝土澆筑后第4 d，無支撐區域的③、④號樓板再次出現沿桁架方向規則裂縫，部分裂縫沿垂直桁架方向。現場裂縫分布如圖6所示。實測同條件養護下，混凝土試塊不同齡期抗壓強度及標準養護28 d抗壓強度如表3所示。

表3 混凝土實測強度

3.1 變形監測

參照圖4的變形測點布置，現場連續監測記錄鋼筋桁架樓承板體系撓度變化，對監測數據進行處理后得出各測點撓度值，如表4所示，選取1～11號測點為代表，繪制其相對撓度變形曲線，如圖7所示。可以看出，3號測點的變形值最大，其相對變形最大值達14.543 mm，但未超過規范允許值20 mm或L/180[6]；在所有鋼梁變形測點中，5號測點變形值最大，為8.071 mm，未超過規范允許值L/200[7]?；炷翝仓瓿蓵r，無支撐區域除③、④號板的8、10號測點外，其他跨中測點變形均達到最大值，而8、10號測點在混凝土齡期為8 d時變形才達到最大值，試驗過程中發現無支撐區域的③、④號板混凝土顏色明顯不同于其他區域。

(a)③號樓板

表4 各測點不同齡期下撓度變形值 mm

續表4

圖7 1～11號測點相對撓度變形曲線

表4中，無支撐區域①號板的2～4號測點的最大變形值分別為12.129、17.456、18.232 mm，支撐區域⑤號板的19、20號測點的最大變形值分別為6.092、2.188 mm，無支撐區域測點的撓度變形值遠大于支撐區域測點的撓度變形值。無支撐區域4 m邊跨和2.5 m邊跨的相對變形最大值分別為14.543、5.063 mm，中間3 m跨和2.5 m跨的相對變形最大值分別為4.364、3.531 mm，對于多跨連續鋼筋桁架樓承板，跨度相同的兩塊板位于邊跨時會產生更大的變形，實際工程中不宜將跨度較大的板跨作為邊板帶。

對于現澆鋼筋桁架樓承板，混凝土澆筑成型后易發生沁水現象，導致上弦鋼筋上方的混凝土被鋼筋支頂，使樓板產生較多塑性塌落裂縫，此后，若混凝土強度發展不夠迅速，樓板變形沒有得到足夠的恢復，順筋裂縫還會繼續出現。在混凝土強度較低時，測點變形值普遍較大，此時混凝土像是施加在結構上的荷載，并沒有參與結構體系的受力，整個樓板體系只有鋼筋桁架提供了剛度;隨著混凝土強度的不斷提高，鋼筋桁架和混凝土逐漸發揮協同作用，樓板剛度由鋼筋桁架和混凝土共同提供，混凝土參與受力，整個鋼結構體系的剛度大大增加，鋼梁和樓板的變形都有一定程度的恢復。

3.2 支撐立桿軸力監測

現場連續監測⑤號板支撐力桿的軸力，試驗時4、5號測點中間處木方斷開導致5號測點的監測數據較小，在混凝土澆筑完成后第8 d逐步拆除支撐立桿，拆除順序為2→4→1→5→3，繪制出5個測點的軸力-時間曲線如圖8、圖9所示。由圖可知，所有測點的軸力變化規律基本一致，在混凝土澆筑過程中，支撐立桿軸力值在短時間內急劇上升，在混凝土硬化過程中，立桿軸力逐漸減小并趨于穩定。

圖8 拆撐前7 d軸力變化情況

圖9 拆撐過程軸力變化情況

混凝土澆筑完成7 d后，1～5號立桿軸力分別為其峰值的79.05%、72.08%、66.41%、74.11%、63.06%，平均降低約30%?；炷笼g期為8 d時開始逐步拆除支撐，拆除2號立桿后,發現2號立桿附近的1、3號立桿軸力有所增加，增加總和約800 N，為2號立桿原有軸力的25.34%；拆除4號立桿后，4號立桿附近的3、5號立桿軸力增加總和約900 N，為4號立桿原有軸力的21.64%；即約80%的力傳到了周邊梁上，此時混凝土強度約為設計值的45%。在混凝土強度較低時，支撐立桿軸力值普遍較大，此時樓板以豎向傳力為主，隨著混凝土強度逐步提高，樓板剛度不斷提高，樓板傳力模式由豎向傳力逐漸變為水平傳力，支撐立桿軸力值減小。

4 結論

本文對8塊鋼筋桁架樓承板進行混凝土澆筑試驗，監測從開始澆筑到硬化過程中樓板體系的變形和支撐立桿的軸力，并對監測數據進行比較分析得出以下結論：

(1)現澆鋼筋桁架樓承板在混凝土澆筑期間，結構變形和支撐立桿軸力快速增長，混凝土強度較低時，給樓板體系提供剛度的只有鋼筋桁架本身，混凝土不參與結構受力，所有荷載豎向傳遞；隨著混凝土的凝結硬化，混凝土具有了一定的強度和粘結力，混凝土和鋼筋桁架開始共同工作，樓板剛度由鋼筋桁架和混凝土共同提供，整個鋼結構體系的剛度大大增加，樓板傳力模式由豎向傳力轉變為水平傳力，結構變形減小。

(2)對于無支撐的鋼筋桁架樓承板，混凝土澆筑成型后易發生沁水現象，使得樓板產生較多塑性塌落裂縫。在實際工程中，應做好混凝土配合比設計，尤其要控制水灰比；裂縫出現時，要及時抹面壓光，使裂縫閉合；要嚴格控制混凝土質量，防止因混凝土強度發展不夠導致順筋裂縫再次出現。

(3)對于多跨連續鋼筋桁架樓承板，應避免將跨度較大的板跨作為邊板帶；對于跨度較大的板跨要采取一定的措施，防止樓板在施工過程中產生大的變形。