載荷試驗法在開裂樓板結構安全鑒定中的應用①

□□ 鄒 玄，肖 珍，吳誠銳

(湖南交通工程學院，湖南 衡陽 421009)

引言

既有建筑在使用期間，材料性能、施工質量、使用維護等因素可能導致結構開裂等損傷，為確保房屋能繼續使用，有必要對當前房屋結構安全性進行檢測鑒定。本文擬對某開裂樓板結構進行荷載試驗，分析開裂樓板當前承載能力及結構安全性，鑒定樓板開裂對結構承載力造成的影響，為房屋后續使用加固提供理論依據。

1 既有結構安全性評定方法分析

我國常用的結構安全性鑒定標準有：JGJ 125—2016《危險房屋鑒定標準》、GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標準》、GB 50144—2019《工業建筑可靠性鑒定標準》、GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標準》、GB/T 50344—2019《建筑結構檢測技術標準》等。國內評定標準中對既有建筑結構安全性評定方法層次分明、可實現性較強，但仍有一些不足之處[1-4]：

(1)結構或構件的承載力進行驗算時，所采用的分項系數等指標仍采用擬建結構標準，而未考慮建成之后特性。

(2)圈梁構造、地基穩定性等指標的量化仍然比較模糊，無法進行精確的量化，增加了評定結果產生誤差的可能性。

(3)目前國內還沒有專門用于既有結構安全性評定的軟件。

(4)圖紙資料、竣工資料缺失，無法通過現場檢測數據還原結構。

2 建筑基本情況

某建筑修建于2020年10月，為6層鋼筋混凝土框架結構，作為宿舍樓使用，建筑總高度為18.75 m，總建筑面積為5 296 m2。在建筑竣工驗收時發現4層樓板有不同程度開裂，為確定4層開裂樓板對結構安全性的影響，需對其進行檢測鑒定。建筑外觀照如圖1所示。

圖1 建筑物外觀照

3 現場檢測

3.1 原位檢測

依據GB/T 50344—2019《建筑結構檢測技術標準》要求，利用回彈法檢測了4層15根混凝土梁構件的強度等級，發現抽查的梁構件強度等級可滿足設計要求。四層A-A1/16-17板、四層A-A1/13-14板、四層A-A1/9-10板、四層C1-D/6-7板、四層C1-D/9-10板等5塊板的鋼筋間距均滿足設計和驗收規范要求。檢測混凝土構件保護層厚度30點、合格點為29點，合格率為96.7%，滿足設計和驗收規范要求。測試了5塊板厚度均為100 mm，滿足設計和驗收規范要求。現場檢測該建筑4層共有28塊板開裂，板最大裂縫寬度為0.34 mm，出現在四層C1-D/9-10軸板，板縫大多數為不規則裂縫，具體見表1。

表1 裂縫寬度檢測數據

3.2 荷載試驗

3.2.1 試驗樓板

根據各板裂縫寬度檢測結果，選取板裂縫寬度最大的4層A-A1/13-14軸板和C1-D/9-10軸板進行荷載試驗，待測板尺寸均為3.6 m×3.9 m，加載區域如圖2所示。

圖2 荷載試驗加載區域(填充部分)

3.2.2 試驗荷載

根據現場檢測結果，待測板厚均為100 mm，混凝土強度等級為C30。試驗樓板作為臥室使用，樓板恒載主要為自重和附加裝修荷載，其中附加裝修恒載按1.5 kN/m2考慮；根據GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》，樓板活載取值為2.0 kN/m2。現場勘查試驗樓板尚未作用恒活荷載，故荷載試驗所施加的最大恒活荷載為3.5 kN/m2，試驗分四級進行加載，每級加載的荷載分別為1.5 kN/m2、2.5 kN/m2、3.0 kN/m2、3.5 kN/m2。

3.2.3 加載方式及流程

采用堆載重物法進行模擬加載，按照GB 50152—2012《混凝土結構試驗方法標準》要求[5]，逐漸進行加載，各級荷載分別為1.5 kN/m2、2.5 kN/m2、3.0 kN/m2、3.5 kN/m2。每級持荷時間≮15 min，等撓度數據穩定讀數后方可進行下一步加載，滿載穩定≮1 h(每15 min讀數一次)后讀取最終撓度數據。加載完成后分為4個等級進行卸載，每級卸載的持續時間≮15 min，等撓度數據穩定讀數后方可進行下一步卸載，卸載至0穩定≮1 h(每15 min讀數一次)后讀取最終殘余變形。

3.2.4 試驗結果

利用百分表檢測板底跨中、支座處變形值，利用裂縫寬度儀檢測裂縫發展情況。現場試驗照片如圖3所示。

圖3 現場加載照片(左為第一級加載，右為第四級加載)

4層A-A1/13-14軸板在各級荷載作用下，板撓度最大值為1.1 mm，板裂縫寬度有增大趨勢，最大裂縫寬度為0.36 mm，在分級加載作用下各級變形量與總變形量均小于理論計算值，且板的荷載-撓度曲線呈線性關系，卸載后板變形基本能恢復，說明整個加載過程中板受力處于彈性階段。板的荷載-撓度曲線如圖4所示。

圖4 4層A-A1/13-14軸板的荷載-撓度曲線

4層C1-D/9-10軸板在各級荷載作用下，板撓度最大值為1.34 mm，板裂縫寬度有增大趨勢，最大裂縫寬度為0.40 mm，在分級加載作用下各級變形量與總變形量均小于理論計算值，且板的荷載-撓度曲線呈線性關系，卸載后板變形基本能恢復，說明整個加載過程中板受力處于彈性階段。板的荷載-撓度曲線如圖5所示。

圖5 4層C1-D/9-10軸板的荷載-撓度曲線

4 樓板構件集安全性鑒定分析

4.1 構件安全性鑒定評級

依據GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標準》[6]：混凝土結構構件的安全性鑒定，應按承載能力、構造以及不適于繼續承載的位移和裂縫等四個檢查項目，根據檢查項目分別評定每一受檢構件的等級，并取其中最低一級作為該構件的安全性等級。

4.1.1 構件承載力評定

通過對4層混凝土板承載能力驗算可知，該建筑4層板滿足承載能力要求，但考慮到裂縫對板承載能力的影響，結合板荷載試驗檢測結果，依據GB 50292—2015的第5.1.4條、5.2.2條規定，按承載力暫評定該建筑4層開裂混凝土板的安全性等級均為bu級，未開裂板的安全性等級均為au級。

4.1.2 按構造評定

由現場檢測與分析可知，該建筑4層混凝土結構連接穩定可靠，配筋合理，檢測板鋼筋間距、保護層厚度均滿足設計及驗收規范要求，依據GB 50292—2015的第5.2.3條，按構造評定該建筑4層板結構構件的安全性等級為au級。

4.1.3 按不適于繼續承載的裂縫評定

現場所抽檢構件樓板裂縫最大寬度值為0.34 mm，在荷載試驗過程中，裂縫寬度有所增加至0.4 mm，卸載后板最大裂縫寬度為0.38 mm，整個加載過程板最大裂縫寬度均<0.5 mm，依據GB 50292—2015的第5.2.5條規定，按裂縫暫評定該建筑4層開裂板結構構件的安全性等級為bu級，其他未開裂板結構構件安全性等級為au級。

4.2 構件集安全性鑒定評級

該建筑4層板為一般構件，依據GB 50292—2015的第7.3.6條，結合各混凝土板構件安全性評定結果，評定該建筑4層板結構安全性等級為Bu級，安全性略低于該標準對Au級的要求，尚不顯著影響整體承載。

4.3 樓板開裂對結構安全性影響鑒定分析

整個加載過程板最大裂縫寬度均小于CECS 293—2011《房屋裂縫檢測與處理技術規程》中表5.3.1對室內干燥環境下一般受彎構件裂縫修補處理的寬度限值(0.5 mm)，但達到了GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》(2015年版)鋼筋混凝土一般構件裂縫最大寬度限值(0.3 mm)，裂縫可能對鋼筋混凝土板耐久性造成一定的影響，故需進行修補。

5 結語

按照現行規范鑒定結構安全性，關鍵在于結構承載能力的確定。一般是根據現行設計規范和標準進行簡單的承載能力復核，但是往往因為計算方法、計算軟件以及現場檢測數據資料等因素影響，難以得到真實的結構承載能力。在該案例中，通過現場調查，檢測混凝土強度、板厚、鋼筋間距及保護層厚度，得到板混凝土強度、鋼筋間距及保護層厚度、樓板厚度等均滿足設計和驗收規范要求。通過對典型開裂樓板進行荷載試驗，發現該房屋所檢樓板在試驗荷載的分級加載作用下各級變形量與總變形量均小于理論計算值，板受力處于彈性階段。通過對該房屋4層板構件集安全性評定可知，該房屋4層板結構安全性等級為Bu級，尚不顯著影響整體承載。

該房屋4層樓板裂縫可能是由混凝土早期干縮及變形(上荷過早)、養護不到位、溫度應力等原因造成，對鋼筋混凝土板耐久性造成一定的影響，應采取注漿法進行加固處理。