薄壁方箱現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)檢測(cè)及數(shù)值分析

耿 麗

(福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建 福州 350108)

GBF薄壁方箱現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋是指按設(shè)計(jì)要求在樓板內(nèi)放置埋入式薄壁方箱，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土而在樓板中形成空腔的樓蓋結(jié)構(gòu)，是一種傳力明確的雙向網(wǎng)格肋空心樓蓋結(jié)構(gòu)體系，又稱“剪力鍵式雙向空心大板”。

研究表明這種空心樓蓋的受力特點(diǎn)近似于實(shí)心樓蓋結(jié)構(gòu)[1,2]，且自重輕、跨度大。該結(jié)構(gòu)通過增加樓層的凈高度最大限度地提高結(jié)構(gòu)的利用率，適用于較大跨度樓蓋和轉(zhuǎn)換層等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

本文以某GBF薄壁方箱現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋為例，對(duì)其進(jìn)行混凝土超灌和裂縫檢測(cè)，并對(duì)其拆模過程中樓板自重作用下變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)合該工程闡述了薄壁方箱空心樓蓋施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)。

1 工程概況

圖1 空心樓蓋結(jié)構(gòu)平面示意/mm

圖2 薄壁方箱空心板局部示意/mm

由于施工時(shí)部分方箱破損，填充體內(nèi)出現(xiàn)積水積漿現(xiàn)象，樓面荷載超出設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致樓板拆模過程中板面、板底、梁側(cè)、梁底、柱邊等部位出現(xiàn)明顯裂縫，影響了樓蓋結(jié)構(gòu)安全性，有必要對(duì)該薄壁方箱空心樓蓋進(jìn)行自重荷載下靜載原位試驗(yàn)，并基于混凝土超灌檢測(cè)結(jié)果對(duì)空心樓蓋進(jìn)行有限元分析，分析樓蓋的結(jié)構(gòu)安全性。

2 樓蓋靜載原位試驗(yàn)

9月27日上午8時(shí)至9月29日上午11時(shí)進(jìn)行空心板模板支架的頂托拆除作業(yè)，作業(yè)時(shí)從板邊向中部進(jìn)行逐步拆除，拆模期間及之后的20 d時(shí)間內(nèi)對(duì)樓板變形撓度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)板面、板底、梁柱構(gòu)件進(jìn)行裂縫檢測(cè)。

2.1 原位試驗(yàn)方案

空心樓蓋撓度監(jiān)測(cè)采用吊錘法[3]，在板底面長(zhǎng)、短跨方向共布置12個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，分別為沿板長(zhǎng)跨方向(7—11軸)布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，短跨方向(J—M軸)布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，板中心點(diǎn)處設(shè)置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果取兩測(cè)點(diǎn)平均值，板撓度測(cè)點(diǎn)分布見圖3。撓度值采用數(shù)顯百分表測(cè)量，每間隔一定時(shí)間對(duì)百分表讀數(shù)進(jìn)行記錄。裂縫寬度采用刻度放大鏡測(cè)量。

圖3 板底面撓度測(cè)點(diǎn)布置示意/mm

2.2 樓蓋撓度

短跨方向測(cè)點(diǎn)在9月27日至10月13日之間的撓度變化結(jié)果見圖4，板中心測(cè)點(diǎn)3在每時(shí)間段的荷載-撓度值變化量見圖5。

圖4 短跨方向撓度變形曲線

圖5 板跨中測(cè)點(diǎn)3撓度變形曲線

由圖4，5可知，樓蓋板在自重荷載作用下跨中撓度變化增長(zhǎng)迅速，跨中最大撓度實(shí)測(cè)值為75.67 mm，根據(jù)GB/T 50152-2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]的規(guī)定，該值超出了短期靜力加載試驗(yàn)的檢驗(yàn)允許值(46.67 mm)。

2.3 裂縫檢測(cè)

模板頂托拆除作業(yè)前，先對(duì)板面裂縫進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見明顯裂縫。模板頂托拆除期間及結(jié)束之后，對(duì)樓面裂縫進(jìn)行檢查。結(jié)果表明板面四角均出現(xiàn)斜向裂縫，最大裂縫寬度為0.42 mm(裂縫分布詳圖6，7)。板底僅對(duì)局部拆模區(qū)域進(jìn)行裂縫檢查，結(jié)果表明板底最大裂縫寬度為0.22 mm，均已超出GB/T 50152-2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]規(guī)定的短期靜力加載試驗(yàn)檢驗(yàn)限值(0.2 mm)。

圖6 頂板及邊梁側(cè)面裂縫分布

圖7 A區(qū)裂縫現(xiàn)場(chǎng)示意

隨著頂托的逐步拆除，邊梁側(cè)面端部出現(xiàn)呈45°分布的裂縫，中部沿梁高方向出現(xiàn)多處豎向細(xì)小裂縫，底面出現(xiàn)平行于梁寬方向的細(xì)小裂縫。柱的側(cè)面出現(xiàn)細(xì)小水平裂縫。梁柱構(gòu)件裂縫分布見圖6～8。

圖8 梁柱構(gòu)件裂縫示意

3 薄壁方箱空心樓蓋有限元分析

3.1 方箱空心樓蓋混凝土超灌檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鉆孔法對(duì)空心板方箱模內(nèi)混凝土灌入情況進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，空心樓板超灌混凝土體積量為152.57 m3，換算均布荷載為3.4 kN/m2，原設(shè)計(jì)樓板自重12.6 kN/m2，則現(xiàn)階段樓板實(shí)際荷載標(biāo)準(zhǔn)值為16.0 kN/m2。

3.2 方箱空心樓蓋數(shù)值計(jì)算模型及參數(shù)

對(duì)薄壁方箱鋼筋混凝土空心樓蓋的有限元分析采用彈塑性增量理論，混凝土單元采用Solid65單元，本構(gòu)關(guān)系采用多線性等向強(qiáng)化模型。鋼筋單元采用link8單元，本構(gòu)關(guān)系采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型。空心樓蓋板的相關(guān)計(jì)算參數(shù)見表1，2?？招臉巧w采用整體式模型，即將鋼筋彌散在混凝土單元的內(nèi)部，用體積配筋率來指定鋼筋的數(shù)量。有限元模型見圖9。

表1 板材料物理參數(shù)

表2 板的計(jì)算參數(shù)

圖9 空心板有限元模型

3.3 有限元分析結(jié)果

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，原設(shè)計(jì)荷載作用下空心板撓度值詳圖見圖10。由圖10可知，空心板在原設(shè)計(jì)恒載12.6 kN/m2，活載0.5 kN/m2作用下板中最大撓度計(jì)算值為110 mm，因空心板起拱值為50 mm，則板實(shí)際撓度值為60 mm，根據(jù)JGJ/T 268-2012《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程》[5]的規(guī)定，該值滿足樓蓋撓度限值l0/300(84 mm)，符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，其中l(wèi)0為板構(gòu)件的計(jì)算跨度。

圖10 原設(shè)計(jì)荷載作用下空心板撓度等值線圖/m

實(shí)際荷載作用下空心板撓度值詳圖見圖11。由圖11可知，空心板承受實(shí)際荷載16.0 kN/m2時(shí)，在恒、活載作用下板中最大撓度計(jì)算值為150 mm，考慮板起拱值50 mm，實(shí)際撓度值為100 mm，超出規(guī)范限值(84 mm)，不滿足結(jié)構(gòu)的安全性要求，且該空心樓蓋板荷載以恒載為主，過大變形具有危險(xiǎn)性。

圖11 實(shí)際荷載作用下空心板撓度等值線圖/m

有限元計(jì)算結(jié)果大于現(xiàn)場(chǎng)靜力試驗(yàn)值，由于空心板模板未完全拆除，還有部分模板起支撐作用，其次監(jiān)測(cè)的變形量為模板在自重下的短期撓度值，而數(shù)值分析的結(jié)果為恒、活荷載下的長(zhǎng)期變形量。

4 空心樓蓋施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

由于施工過程中，薄壁箱體破損，導(dǎo)致樓板恒載過大，承載力不足，因此為保障空心樓板的結(jié)構(gòu)安全性，GBF薄壁方箱現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋的施工應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面的質(zhì)量控制：

(1)GBF薄壁方箱在施工運(yùn)輸過程中要輕拿輕放，不得拋扔、擠壓，安裝前進(jìn)行外觀檢查，完好箱體方可入模。

(2)板面鋼筋綁扎及方箱安裝時(shí)，需鋪設(shè)操作走道，禁止直接踩踏箱體內(nèi)模。

(3)方箱應(yīng)有定位措施，保證上下板厚度和肋寬符合設(shè)計(jì)要求；內(nèi)置箱體應(yīng)有可靠的抗浮和水平滑移措施[6]。

(4)混凝土下料時(shí)不宜過猛，也不可太多。澆筑時(shí)混凝土輸送泵出口應(yīng)避免直接沖擊箱體?；炷翝仓r(shí)箱體與肋處應(yīng)采用小振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，避免振搗器直接觸壓薄壁。

(5)澆筑過程中要派專人跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)局部破損的方箱立即進(jìn)行修補(bǔ)，做好質(zhì)量控制與成品保護(hù)。

(6)模架拆除的混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，樓板上承載施工模架時(shí)，應(yīng)核算樓板在施工期間的安全性[7]。

5 結(jié) 論

(1)大跨度樓蓋的自重占設(shè)計(jì)荷載比例較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算樓板自重荷載，避免由于自重造成樓板及周邊梁柱構(gòu)件發(fā)生較大變形，影響建筑的使用。

(2)應(yīng)完善大跨度薄壁方箱空心樓蓋的施工工藝，加強(qiáng)對(duì)施工過程的監(jiān)管，控制現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土用量。

(3)應(yīng)對(duì)大跨度混凝土空心樓蓋拆模作業(yè)時(shí)構(gòu)件變形實(shí)施監(jiān)測(cè)，作為建筑后續(xù)使用安全性的重要依據(jù)。

(4)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及有限元計(jì)算結(jié)果均表明，該工程空心樓蓋結(jié)構(gòu)安全性不滿足設(shè)計(jì)要求，最大撓度超出規(guī)范限值，過大變形具有危險(xiǎn)性，必須做拆除或加固處理。