混凝土框架結(jié)構(gòu)樓面梁開裂原因分析及加固方案設(shè)計

諸宏博,梅 凱,吳嘉龍,胡金祥

(1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310012; 2.杭州市富陽區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站,浙江 杭州 311400;3.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站有限公司,浙江 杭州 310012)

1 工程實例一

1.1 工程概況

工程一車間基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ),房屋總寬度95.0 m,總長度70.0 m,③軸處設(shè)結(jié)構(gòu)縫,東面部分77.2 m×70.0 m,檐口高度21.0 m,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；西面部分17.1 m×70.0 m,檐口高度22.5 m,標(biāo)準(zhǔn)柱距10.0 m×8.6 m,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),框架抗震等級為四級。于2019年11月竣工驗收。房屋平面形狀呈矩形,建筑面積約25 400 m2,建筑地上6層,局部4層。建筑平面示意圖見圖1。

圖1 工程一建筑平面布置示意圖

該車間在裝修過程中發(fā)現(xiàn)各層樓面梁均存在不同程度的豎向及斜向裂縫,及部分樓面板局部開裂等現(xiàn)象。為了解上述樓面梁及樓面板的施工質(zhì)量及裂縫情況,業(yè)主單位委托有資質(zhì)的檢測機構(gòu)對該車間部分樓面梁、樓面板的施工質(zhì)量及開裂情況進行檢測并分析裂縫原因。

1.2 檢測鑒定內(nèi)容

1) 回彈法檢測構(gòu)件混凝土抗壓強度；

2) 混凝土構(gòu)件截面尺寸、主筋數(shù)量及箍筋間距檢測；

3) 現(xiàn)澆樓面板鋼筋間距、保護層厚度及板厚抽檢；

4) 樓面梁及樓面板裂縫情況檢測；

5) 裂縫原因分析。

1.3 檢測情況

1) 回彈法檢測構(gòu)件混凝土抗壓強度?，F(xiàn)場抽檢了部分樓面梁的混凝土抗壓強度,結(jié)果表明：抽檢到的樓面梁現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度推定值22.3～37.8MPa之間,其中部分4層樓面梁的混凝土抗壓強度未滿足原設(shè)計強度等級C30的要求。

2) 利用HILTI-PS200S型鋼筋探測儀檢測了部分樓面梁的配筋情況,結(jié)果表明：所檢測到的樓面梁主筋數(shù)量、箍筋間距均滿足原設(shè)計要求,約90%數(shù)量的梁端箍筋加密區(qū)長度未滿足設(shè)計要求,最短的僅為設(shè)計長度的54.0%。

3) 利用HILTI-PS200S型鋼筋探測儀檢測了部分樓面板的鋼筋間距、保護層厚度,結(jié)果表明：所檢測到的樓面板鋼筋間距及保護層厚度基本滿足設(shè)計要求,板厚也符合相應(yīng)規(guī)范要求。

4) 經(jīng)現(xiàn)場查勘,車間辦公區(qū)及生產(chǎn)區(qū)各層主梁均存在斜裂縫及豎向裂縫,樓面梁斜裂縫位于支座兩端,整體呈“正八字形”,部分斜裂縫已貫穿,斜裂縫基本遍布梁側(cè)面,最大裂縫寬度在wmax=0.36～0.80 mm之間；豎向裂縫主要位于次梁軸段之間,裂縫兩端窄,中間寬,呈“棗核狀”,豎向裂縫基本處于梁的箍筋位置,最大裂縫寬度在wmax=0.30～0.40 mm 之間[1]。典型裂縫形態(tài)見圖2、圖3。

圖2 工程一典型樓面梁端部裂縫形態(tài)

圖3 工程一典型樓面梁裂縫形態(tài)示意圖

5) 經(jīng)現(xiàn)場查勘,車間部分樓面板板面存在裂縫,裂縫位于板面梁板交接處,裂縫長度沿梁全長,最大裂縫寬度在wmax=0.54～0.94 mm之間。

2 工程實例二

2.1 工程概況

工程二廠房基礎(chǔ)設(shè)計采用墩基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ),房屋平面尺寸為61.6 m×58.8 m,檐口高度為19.2 m,標(biāo)準(zhǔn)柱距8.8 m×8.4 m,主體結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),框架抗震等級為四級。該廠房于2020年1月結(jié)頂。房屋平面形狀呈矩形,建筑面積約14 500 m2,建筑地上4層。建筑平面圖見圖4。

該廠房在結(jié)頂后,發(fā)現(xiàn)各層樓面梁均存在不同程度的豎向及斜向裂縫,尤以2層樓面梁裂縫較為嚴(yán)重。故業(yè)主單位委托有資質(zhì)的檢測機構(gòu)對該廠房部分樓面梁的施工質(zhì)量及開裂情況進行檢測并分析裂縫產(chǎn)生的原因。

2.2 檢測鑒定內(nèi)容

1) 回彈法檢測構(gòu)件混凝土抗壓強度；

2) 混凝土構(gòu)件截面尺寸、主筋數(shù)量及箍筋間距檢測；

3) 樓面梁撓度檢測；

4) 樓面梁裂縫情況檢測；

5) 裂縫原因分析。

圖4 工程二建筑平面布置示意圖

2.3 檢測情況

1) 回彈法檢測構(gòu)件混凝土抗壓強度?，F(xiàn)場抽檢了部分樓面梁的混凝土抗壓強度,結(jié)果表明：部分樓面梁現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度推定值在36.1～40.3 MPa之間,滿足原設(shè)計強度等級C35的要求。

2) 利用HILTI-PS200S型鋼筋探測儀檢測了部分樓面梁的配筋情況,結(jié)果表明：所檢測到的樓面梁主筋數(shù)量、箍筋間距均滿足原設(shè)計要求,部分梁端箍筋加密區(qū)長度未滿足設(shè)計要求。

3) 利用Leica-TS02PLUS型全站儀檢測了部分樓面梁的撓度,結(jié)果表明：所檢測到的樓面梁平均跨中撓度為l0/285,其中最大跨中撓度已達(dá)到l0/193,已超出設(shè)計l0/250的要求。

4) 經(jīng)現(xiàn)場查勘,廠房各層縱、橫向主梁均存在斜裂縫及豎向裂縫,樓面梁斜裂縫位于支座兩端,整體呈“正八字形”,部分斜裂縫已貫穿,斜裂縫基本遍布梁側(cè)面,最大裂縫寬度在wmax=0.24～0.38 mm之間；豎向裂縫主要位于次梁軸段之間,裂縫兩端窄,中間寬,呈“棗核狀”,豎向裂縫基本處于梁的箍筋位置,最大裂縫寬度在wmax=0.30～0.36 mm之間。以2層靠近后澆帶位置的樓面梁開裂最為嚴(yán)重,斜裂縫寬度均在0.30 mm以上。樓面典型裂縫形態(tài)見圖5。

圖5 工程二典型樓面梁端部裂縫形態(tài)

3 裂縫原因分析

工程一和工程二在房屋類型,構(gòu)件跨度,裂縫產(chǎn)生的數(shù)量、形態(tài)、位置等均存在很高的相似度。在分別查閱兩幢房屋的沉降觀測記錄、設(shè)計復(fù)核計算書、施工記錄的基礎(chǔ)上,排除了主體結(jié)構(gòu)不均勻沉降和設(shè)計缺陷導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的可能性[2-3],綜合得出上述兩個工程裂縫的產(chǎn)生原因。

1)根據(jù)工程一和工程二的施工資料顯示,所檢測到的樓面梁結(jié)構(gòu)拆底模時間在混凝土澆筑后的12～20 d之間,拆底模時混凝土抗壓強度均未達(dá)到設(shè)計強度的100%,且所檢測到的樓面梁設(shè)計跨度均>8.0 m。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范(GB 50666—2011)》[4]第4.5.2條：“構(gòu)件跨度大于8.0 m的梁、拱、殼構(gòu)件底模拆除時的同條件養(yǎng)護的混凝土立方體試件抗壓強度應(yīng)達(dá)到設(shè)計強度等級的100%?！辈糠謽敲娼Y(jié)構(gòu)混凝土澆筑時間均在11月至次年1月之間,處于冬季施工,且拆模時間過早,臨時支撐不足,是引起樓面梁產(chǎn)生斜裂縫和豎向裂縫的主要原因。

2)樓面梁箍筋加密區(qū)長度均未達(dá)到設(shè)計的箍筋加密區(qū)長度,工程一所檢測到的最短箍筋加密區(qū)長度僅為設(shè)計長度的54.0%；工程二所檢測到的最短箍筋加密區(qū)長度僅為設(shè)計長度的60.8%。上述情況會加劇樓面梁產(chǎn)生斜裂縫。

3)工程一部分樓面梁現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度未達(dá)到設(shè)計強度等級,樓面梁端部支座處斜裂縫較多,同時板面梁板交接處亦存在沿梁通長裂縫,且裂縫寬度較大。上述情況表明,在早期混凝土強度不足的情況下拆模,直接導(dǎo)致樓面結(jié)構(gòu)開裂。

4)工程二由于1層地面未采用現(xiàn)澆混凝土地坪,以致會引起2層樓面結(jié)構(gòu)的支模架產(chǎn)生不均勻沉降,所檢測到的樓面梁撓度變形過大,也是引起樓面梁開裂的原因之一。

5)樓面結(jié)構(gòu)跨度大,混凝土收縮量大亦是引起開裂的原因之一。

6)位于梁箍筋位置的豎向裂縫是由于拆模過早,養(yǎng)護不足以及混凝土自身收縮等綜合因素共同產(chǎn)生的。

4 建議加固方案

根據(jù)檢測鑒定結(jié)果,工程一和工程二樓面梁斜裂縫主要為在早期混凝土強度不足的情況下,拆模過早所引起,同時裂縫較多、較寬，已影響房屋結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性。因此,需按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB 50367—2013)》[5]進行裂縫修補后再加粘貼碳纖維的方法進行加固。

工程一部分樓面板板面裂縫亦為拆模過早所引起,同樣采用裂縫注漿修補后再加粘貼碳纖維的方法進行加固。

先對混凝土表面進行清理、打磨,必要時可用環(huán)氧樹脂找平,對斜裂縫、豎向裂縫進行封閉處理,然后采用粘貼碳纖維的方法進行加固處理。

樓面梁加固詳圖見圖6。

樓面板加固詳圖見圖7。

圖6 樓面梁加固詳圖

圖7 樓面板加固詳圖

5 結(jié) 語

由于目前市場上的商品混凝土外加劑添加較多及原材料(機制砂)等因素,商品混凝土早期強度增長較慢,且對處于冬季施工的大跨度結(jié)構(gòu)(跨度大于8.0 m)工程,其拆模時間應(yīng)嚴(yán)格按相應(yīng)規(guī)范要求執(zhí)行,并加強混凝土的養(yǎng)護。這對建設(shè)單位、施工單位及監(jiān)理單位等提出了新的要求。

通過兩個工程樓面結(jié)構(gòu)裂縫的檢測鑒定,比較科學(xué)地分析了裂縫產(chǎn)生的原因,同時給出了詳細(xì)的加固方案。因而可作為類似檢測鑒定及加固項目的借鑒。