某工程地下車庫樓板變形和開裂事故分析

康會賓， 王 娜， 許 穎

（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，河北 石家莊 050081）

當(dāng)前，在高層住宅建設(shè)中，往往配套有地下車庫，由于各種原因，車庫的樓板可能會出現(xiàn)較大的撓曲和開裂.本文針對某工程車庫樓板存在的該類問題從設(shè)計和施工兩方面進行了詳細(xì)的論證和分析，提出了類似工程應(yīng)注意的事項.

1 工程概述

某多棟高層住宅小區(qū)內(nèi)配套有兩層地下車庫工程.地下二層地面采用構(gòu)造防水板，即250mm厚強度C30的抗?jié)B（P6）鋼筋混凝土板，HRB400級直徑12mm的雙層雙向鋼筋，間距200mm.地下一層樓板為混凝土大板結(jié)構(gòu)，樓板及梁混凝土為C30，板厚150mm，鋼筋保護層15mm，具體平面尺寸及配筋見圖1.車庫頂板為混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)，兩層層高均為3.7m，平層停車.

2013年11月建筑商完成了地下一層樓板的主體施工，因周邊住宅樓主體尚未完工，無法投入使用，故在樓面鋪50mm厚細(xì)石混凝土和頂棚膩子刮平后就不再施工.2014年4月發(fā)現(xiàn)，地下一層樓板中多塊大板出現(xiàn)明顯變形，板中心撓度20mm～40 mm；多塊板在支座處出現(xiàn)了明顯的裂縫，裂縫寬度達0.2mm，局部甚至0.5mm；車庫頂板空心樓蓋無明顯變形和開裂.

圖1 樓板配筋圖

2 車庫樓板的功能分析

（1）板與梁組成梁板結(jié)構(gòu)，直接承受樓面和屋面的豎向荷載，允許板面出現(xiàn)一定的撓曲變形.

（2）提供豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如墻、柱）的側(cè)向支撐點，減小豎向構(gòu)件的計算長度，提高其豎向承載力；提供建筑物非承重構(gòu)件（隔墻、隔斷、幕墻等）的水平支撐點，并抵抗水平力.

（3）將結(jié)構(gòu)承受的水平作用（主要是風(fēng)荷載和地震作用）聚集在板平面內(nèi)，即聚集水平荷載作用；形成水平橫隔板，將水平作用傳遞到不同的豎向構(gòu)件（墻或柱）上，即傳遞水平作用［1］.此種情況下，要求板平面具備足夠的剛度，因此，不應(yīng)有明顯的豎向撓曲變形，也不允許開太大的洞口，否則板的剛度降低，無法聚集和傳遞水平作用.

（4）通過梁與豎向構(gòu)件（柱或墻等）的連接，形成整體結(jié)構(gòu)，將豎向作用和水平作用傳遞到豎向構(gòu)件（柱或墻）上，形成順暢的傳力體系，并最終傳遞到基礎(chǔ)上.

（5）將不同的抗震體系連接成整體，提供適當(dāng)?shù)膹姸取偠?，整個結(jié)構(gòu)能整體變形與轉(zhuǎn)動.

3 車庫樓板設(shè)計考慮的因素

樓板設(shè)計主要考慮厚度和配筋問題.本工程的結(jié)構(gòu)嵌固端在車庫頂板即空心樓蓋處.車庫地下一層樓板在結(jié)構(gòu)嵌固層以下主要起承受和傳遞豎向荷載的作用，因此，可以出現(xiàn)一定的撓曲，但是應(yīng)該控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi).選擇板厚時考慮的因素包括：

（1）抗剪和抗沖切要求

樓板設(shè)計通常只考慮承受均布荷載，而不承擔(dān)集中荷載.以本車庫樓板為例，取1m×1m樓板計算，其抗沖切承載力約為553kN，而實際上每平方米樓板的均布荷載遠小于該值.因此，一般樓板（除無梁樓蓋和筏板外）不需要考慮抗剪和抗沖切.

（2）板的撓度

板的撓度計算應(yīng)依據(jù)《混凝土設(shè)計規(guī)范》的要求［2］，考慮板四邊固定，按照結(jié)構(gòu)力學(xué)計算撓度為39.04mm，大于規(guī)范允許值32.4mm（板的計算跨度為8.4m，在7～9m內(nèi)時，允許值取板跨度的1／250.起拱20mm，最終實際撓度為19.04mm，滿足規(guī)范要求.

（3）板的裂縫寬度限制

車庫樓板按一類環(huán)境考慮.按文獻［2］公式計算得，跨中裂縫為0.133mm，支座裂縫為0.285mm，小于規(guī)范允許值0.300mm，滿足規(guī)范要求［2］.

（4）板的舒適度

對應(yīng)豎向振動頻率和加速度，人的各種活動頻率一般在1～3Hz3，因此，一般要求板的自振頻率大于3Hz，見表1.

表1 樓蓋豎向自震頻率的限值［3］ Hz

豎向自振頻率按照建筑設(shè)計研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算，樓板的自振頻率為7.15Hz.結(jié)構(gòu)頻率按照高層建筑規(guī)范計算為12.4Hz，滿足要求.

峰值加速度約為0.1m／s2.

對于車庫，國內(nèi)外規(guī)范中并無明確的要求.參考表2以及表3，兩種計算方法所得結(jié)果均滿足國內(nèi)規(guī)范對于商場最大不超過0.15m／s2的要求.

表2 國內(nèi)樓蓋豎向振動加速度限值［4］

表3 國外樓板豎向振動加速度允許值［5］ m·s－2

經(jīng)檢測，樓蓋的實際頻率不小于3.5Hz，峰值加速度大于0.1m／s2，最高達0.18m／s2.因此，按國內(nèi)規(guī)范，實測加速度值超過了限值.

板配筋采用四邊支撐板，根據(jù)邊長比值分單、雙向板，為經(jīng)濟考慮，一般按照塑性計算.本車庫樓板區(qū)格接近方形，雙向板，跨中板底筋300mm2（直徑8mm的HRB400級鋼筋，間距167mm，取160mm即可滿足受力和最小配筋的要求）；支座341mm2和368mm2（直徑8mm的HRB400級鋼筋，間距136mm，分別取120mm和110mm即可滿足規(guī)范要求）.

4 板變形和開裂原因分析

板出現(xiàn)較大的變形和開裂，客觀而言必然是板所受的作用效應(yīng)超過了板的設(shè)計承載力和抗變形、抗開裂能力，主觀來說，不外乎從設(shè)計和施工兩方面考慮.

（1）為經(jīng)濟考慮，板采用塑性計算方法，配筋滿足承載力要求.板計算跨度取短向凈跨7800mm，雙向板截面高度一般控制在不小于板短向跨度的1／50，需要約160mm，實際取150mm，偏小.但應(yīng)以撓度和裂縫驗算為準(zhǔn).

（2）變形和裂縫校核計算知，撓度不滿足規(guī)范要求，而裂縫滿足要求.為此，設(shè)計通過起拱解決變形撓曲過大的問題.板中間區(qū)格跨中撓度接近39mm，起拱20mm.設(shè)計最終理論撓度約20mm，滿足規(guī)范要求.

（3）起拱應(yīng)該解決恒載和一部分活載引起的撓度，在無地面做法和活載的情況下，撓度較大.相對于梁而言，大板的起拱難度要高一些，可能是現(xiàn)場起拱沒有達到要求引起的.經(jīng)查詢施工方，板按照設(shè)計要求起拱.

（4）拆模過早、強度未達設(shè)計值引起的開裂變形.經(jīng)查詢現(xiàn)場記錄，10月底施工，12月初拆模，氣溫適中，養(yǎng)護時間足夠.檢查施工和試驗情況，同條件養(yǎng)護下的試塊強度檢測無問題，實際鉆芯取樣檢測，混凝土強度也無問題.

（5）腳手架下沉問題.腳手架支撐于250mm厚的地面防水構(gòu)造板上，現(xiàn)場調(diào)查沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形下沉問題.

（6）施工荷載控制問題.設(shè)計要求的施工荷載按照規(guī)范計算樓面板為1kN／m2，實際施工中，因該場地內(nèi)有多棟高層建筑，場區(qū)面積較大，因此，采用整體大開挖，車庫與高層主體同時施工的方式.為減少二次搬運，輕型運輸車輛直接走地下一層樓板.折算等效均布活荷載約8kN／m2，遠遠超過了設(shè)計允許的施工荷載.由于開裂，周邊形成了鉸支座，導(dǎo)致現(xiàn)場實測撓度較理論計算撓度大很多.

綜上，現(xiàn)場出現(xiàn)的變形和開裂較大的問題主要是由于施工荷載控制不當(dāng)引起的.

5 工程事故處理

（1）因個別樓板變形較大，超過規(guī)范允許值，且舒適度較差，需要提高其剛度.因此，一般加固處理經(jīng)常采用的粘接碳纖維和鋼板補強的做法不適合本工程.若采用補強方式，地下二層頂棚抹灰后較亮，對變形敏感的人可能會觀察到30～40mm的下垂變形；若抹平，則工作量較大.因此，對開裂的部位和變形較大的區(qū)域，采取鑿除重新施工的方法.

（2）對于變形較小、開裂不明顯的區(qū)域，結(jié)合表面50mm厚的細(xì)石混凝土形成附加鋼筋的疊合層，加厚樓板，可以減小使用期間的變形.跨中處由于鋼筋配筋問題，會形成少筋斷面，但是由于原有的承載力滿足要求，不會影響正常使用，也可以采用底部粘纖維處理.支座處可以提高承載力和裂縫寬度，減小正常使用中鋼筋的應(yīng)力和變形.在疊合層符合要求的前提下，一定要做好上下層的連接，將表面鑿毛，避免形成附加荷載.

（3）面層加鋪50mm細(xì)石混凝土，相當(dāng)于增加了板厚，可減小峰值加速度，提高舒適度.經(jīng)試驗，舒適度大大提高.

6 工程問題總結(jié)及經(jīng)驗教訓(xùn)

（1）板本身作為主要的豎向受力構(gòu)件，允許出現(xiàn)一定的撓度.本工程樓板的跨度較大，采用塑性計算方法配筋較彈性計算節(jié)省鋼筋較多，但計算變形較大.為保證使用功能和舒適性，設(shè)計采用起拱方式，基本解決變形問題，滿足經(jīng)濟性的要求，但是安全度較低，結(jié)構(gòu)本身的舒適性較差，設(shè)計中應(yīng)盡量控制板厚不小于跨度值的1／50.

（2）施工中為減少二次搬運，運輸車輛在樓板無額外支撐的情況下直接在樓面行走，荷載較大，局部支座處彎矩較大，超過了樓板本身的設(shè)計承載力，引起了明顯的開裂；超過結(jié)構(gòu)的抗變形能力，引起結(jié)構(gòu)的塑性變形.未行走車輛的地方，荷載正常，起拱效果良好，樓板無明顯的變形和開裂.因此，施工中一定要控制特殊的施工荷載.

（3）大型高層住宅或商業(yè)項目普遍需要配套建設(shè)地下車庫，并進行整體開挖和同步施工，因此，車庫樓板難免存在作為材料運輸通道的問題.設(shè)計所考慮的施工荷載一般只是簡單的堆載，不會考慮大型機械的通行問題，否則設(shè)計板厚可能較大，不經(jīng)濟.因此，應(yīng)在施工環(huán)節(jié)解決該問題，避免樓板嚴(yán)重超載.

（4）施工荷載的界定包括基坑支護的荷載、樓板施工、車庫頂板填土施工中的車輛運輸、消防通道的使用等，施工方一定要提前考慮，在提交給招標(biāo)方的投標(biāo)報價中，應(yīng)該考慮該部分可能的延遲拆模，以及由此引起的租賃期的延長和費用的提高問題，并體現(xiàn)在工程報價的措施費中.

［1］張維斌.多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計釋疑及工程實例 ［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：44－45.

［2］GB50010－2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 ［S］.

［3］陸偉東，劉學(xué)晨，文建國，等.基于振動舒適度的建筑物樓板設(shè)計方法 ［J］.南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，30（1）：16－18.

［4］JGJ3－2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 ［S］.

［5］陸春華，金偉良，宋志剛.基于振動舒適度要求的混凝土樓板自振頻率分析 ［J］.建筑科學(xué)，2010，26（7）：43－46.