無(wú)梁樓蓋原位加載試驗(yàn)研究

羅雄浩

（廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司）

無(wú)梁樓蓋是一種樓板直接支承在柱上或墻上，樓面荷載直接由板傳至豎向構(gòu)件，再通過(guò)豎向構(gòu)件傳至基礎(chǔ)的板柱結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)傳力簡(jiǎn)捷，增大了樓層凈空，具有突出的經(jīng)濟(jì)效益。隨著城市建設(shè)持續(xù)發(fā)展，越來(lái)越多的無(wú)梁樓蓋出現(xiàn)在工程應(yīng)用中，無(wú)梁樓蓋的坍塌事故也時(shí)有發(fā)生。本文以某項(xiàng)目地下室無(wú)梁樓蓋荷載試驗(yàn)為案例，探討原位加載試驗(yàn)在無(wú)梁樓蓋中的應(yīng)用。

1 工程背景

某項(xiàng)目主體為地下2層，地上30層的鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室部分區(qū)域采用無(wú)梁樓蓋。由于施工荷載不利工況考慮不足、覆土施工超載導(dǎo)致托板與頂板交界處發(fā)生沖切破壞，進(jìn)而導(dǎo)致地下室頂板局部垮塌。事后建設(shè)方委托了具備相關(guān)資質(zhì)的單位對(duì)該項(xiàng)目地下室局部區(qū)域進(jìn)行了設(shè)計(jì)加固施工，后續(xù)也對(duì)無(wú)梁樓蓋進(jìn)行原位加載試驗(yàn)，以檢驗(yàn)加固后無(wú)梁樓蓋的承載能力，評(píng)估其是否滿足正常使用極限狀態(tài)要求。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)荷載取值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152-2012）第9.1.6條及9.1.7條的規(guī)定，僅檢驗(yàn)無(wú)梁樓蓋構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度、裂縫寬度，試驗(yàn)的最大加載限值宜取使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件取荷載的準(zhǔn)永久組合。計(jì)算加載值時(shí)應(yīng)扣除構(gòu)件自重及加載設(shè)備的重量[1]。其中樓板的附加恒荷載為4.5kN/m2，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5kN/m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.6。因此，本次試驗(yàn)最大加載限值為4.5+2.5×0.6=6.0kN/m2。

2.2 加載方法

為充分模擬設(shè)計(jì)要求的均布荷載，本試驗(yàn)采用注水加載方法。在試驗(yàn)區(qū)樓板上方砌筑水池，做好防滲漏措施，采用高壓水泵進(jìn)行注水，以注水高度來(lái)控制加載值。試驗(yàn)時(shí)分級(jí)均勻注水，在達(dá)到使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值Qs以前，每級(jí)加載值不宜大于0.20Qs，0.20Qs對(duì)應(yīng)的注水高度為12cm，總加載量為60cm注水高度[2]，加載分級(jí)見(jiàn)表1。每級(jí)荷載下結(jié)構(gòu)變形的測(cè)讀在持荷10min 后進(jìn)行，測(cè)讀完畢后再加下一級(jí)荷載，并觀察板是否出現(xiàn)受力性裂縫。若無(wú)，施加下一級(jí)荷載，滿載時(shí)持荷時(shí)間大于30min 后觀測(cè)變形，讀完后進(jìn)行逐級(jí)卸載，每級(jí)持荷10min后讀數(shù)，全部卸荷60min后觀測(cè)結(jié)構(gòu)殘余變形量。

表1 加載分級(jí)

2.3 變形觀測(cè)點(diǎn)布置

無(wú)梁樓蓋的結(jié)構(gòu)受力體系與梁板結(jié)構(gòu)相比存在明顯區(qū)別，根據(jù)離柱的距離和正負(fù)彎矩的開(kāi)展程度可將板分為兩部分，距離柱四分之一板長(zhǎng)部分稱為柱上板帶，其余跨中部分稱為跨中板帶，柱上板帶大約承載四分之三的總荷載，跨中板帶大約承載四分之一的總荷載[3]。其彎矩分布大致如圖1所示。

圖1 無(wú)梁樓蓋彎矩分布示意圖

受荷時(shí)板截面的不同部位會(huì)產(chǎn)生不同彎曲變形。據(jù)其變形特點(diǎn)，變形觀測(cè)點(diǎn)主要布置在柱上板帶和跨中板帶，共20 個(gè)測(cè)點(diǎn)。其中框架柱變形測(cè)量采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)，在試驗(yàn)柱上設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，在其他穩(wěn)定位置設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)。樓板變形測(cè)量采用百分表。變形觀測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。在觀測(cè)變形的同時(shí)，還應(yīng)觀測(cè)構(gòu)件是否開(kāi)裂。試驗(yàn)加載時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)變形及開(kāi)裂情況采用雙指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 變形觀測(cè)點(diǎn)布置圖

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)檢驗(yàn)指標(biāo)

3.1.1撓度檢驗(yàn)允許值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50152-2012）第9.3.2 條規(guī)定，對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，撓度檢驗(yàn)允許值應(yīng)按公式⑴計(jì)算：

式中：[as]為撓度檢驗(yàn)允許值，[af]為構(gòu)件撓度設(shè)計(jì)的限值，樓蓋構(gòu)件取l0/250[4]，θ為考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合對(duì)撓度增大的影響系數(shù)。

本次試驗(yàn)的樓板軸網(wǎng)跨度為8.0m，構(gòu)件撓度設(shè)計(jì)的限值[af]= 8000/250 = 32mm。撓度檢驗(yàn)允許值[as]=[af]/θ= 32/2 = 16mm。

3.1.2最大裂縫寬度檢驗(yàn)允許值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50152-2012）第9.3.3條規(guī)定，構(gòu)件裂縫寬度檢驗(yàn)應(yīng)符合式⑵：

式中：ωs，max為在使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值作用下，構(gòu)件的最大裂縫寬度實(shí)測(cè)值；[ωmax]為構(gòu)件的最大裂縫寬度檢驗(yàn)允許值。

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在二a 類環(huán)境類別，三級(jí)裂縫控制等級(jí)[4]，設(shè)計(jì)規(guī)范的限值ωlim= 0.20mm。在使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值作用下，構(gòu)件的最大裂縫寬度實(shí)測(cè)值應(yīng)小于檢驗(yàn)允許值0.15mm。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

每級(jí)荷載作用下各變形觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)讀值見(jiàn)表2、3。

表2 每級(jí)荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的位移 （0.01mm）

表3 每級(jí)荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的位移（0.01mm）

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

每級(jí)荷載作用下各觀測(cè)點(diǎn)變形示意圖詳見(jiàn)圖3～圖5。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)框架柱及頂板出現(xiàn)明顯可見(jiàn)裂縫。在最大試驗(yàn)荷載6kN/m2作用下，跨中板帶最大變形點(diǎn)(13#測(cè)點(diǎn))的撓度為2.63-(1.46+0.92)/2=1.44mm，柱上板帶最大變形點(diǎn)(7#測(cè)點(diǎn))的撓度為1.48-(0.74+0.72)/2=0.75mm，均小于《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50152-2012）規(guī)定的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件撓度檢驗(yàn)允許值。卸荷之后，跨中板帶殘余的最大撓度為0.165mm，殘余變形率為11.46%；柱上板帶殘余的最大撓度為0.17mm，殘余變形率為18.67%；試驗(yàn)構(gòu)件表現(xiàn)出較好的變形恢復(fù)性能[2]。

圖3 各觀測(cè)點(diǎn)變形示意圖

圖4 跨中板帶觀測(cè)點(diǎn)變形示意圖

圖5 柱上板帶觀測(cè)點(diǎn)變形示意圖

4 結(jié)論

試驗(yàn)構(gòu)件在最大試驗(yàn)荷載（6kN/m2）作用下的撓度小于規(guī)范規(guī)定的撓度檢驗(yàn)允許值。試驗(yàn)構(gòu)件在荷載作用下未出現(xiàn)明顯可見(jiàn)裂縫。

因此，該試驗(yàn)區(qū)間無(wú)梁樓蓋構(gòu)件承載力滿足正常使用極限狀態(tài)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的確定一般是根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行承載能力復(fù)核，但往往因?yàn)闃?gòu)件材料實(shí)際強(qiáng)度、特性的不同以及計(jì)算方法、計(jì)算軟件等因素的影響，難以得到真實(shí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力。本次原位加載試驗(yàn)直觀、有效地檢驗(yàn)了正常使用極限狀態(tài)下無(wú)梁樓蓋構(gòu)件的承載力，也比較直觀的反映了無(wú)梁樓蓋的受力特點(diǎn)，為了解無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)性能提供了依據(jù)，也為原位加載試驗(yàn)在無(wú)梁樓蓋中的應(yīng)用提供了參考。