刘红杰    高永红    李正华

(设计二处)(测 总)(设计二处)

(摘  要) 本文结合有关试验、报告、相关资料和程序对某公寓钢筋混凝土现浇楼板裂缝产生原因进行分析并得出合理结论。 
(关键词) 钢筋混凝土现浇板  裂缝  原因

1 工程概况

    某公寓楼主体结构原设计为十五层框架—剪力墙结构，分A、B两区，中间为抗震缝分隔，平面呈L型。于1998年开始主体结构的施工，当施工至六层时发现部分现浇楼板、框架梁、次梁出现不同程度的裂缝(本文仅涉及板的裂缝问题)，随即停止施工。其中平面尺寸为6000mm 8100mm(1#)、6000mm 7500mm(2#)、6000mm 6820mm(3#)板的跨中裂缝严重，这样的板每层有6块，共36块。后经天津市建委批准，由我们对该建筑物进行了高层框架结构荷载试验及由天津市质量检测中心对其进行了质量检测并做出《检测报告》，由我们结合有关试验和报告对裂缝进行了原因分析并结合工程经验和有关资料对该建筑物提出了合理地处理措施。

2 荷载设计值

    1#、2#、3#板厚度均为140mm，40mm厚水泥砂浆找平层，20mm厚板底抹灰，内隔墙采用陶粒空心砖，厚度为190mm。
    恒荷标准值：25×0.14(板自重)+20×0.04(砂浆自重)+17×0.02(抹灰自重)+13.6 0.10(内隔墙自重)=6kN/m²
    活荷标准值：2kN/m²
    恒荷设计值：1.2×6=7.2kN/m² 
    活荷设计值：1.4×2=2.8kN/m²
    荷载设计值：7.2+2.8=10kN/m²

3 高层框架结构荷载试验

    本工程对相邻两块6000mm 8100mm板(1#板)进行了高层框架结构荷载试验。本试验采取分级加载方式，在板和梁的跨中和板的1/4和3/4处设置挠度和裂缝传感器，测出各级荷载作用下梁、板上部分测点(测点布置见图1)裂缝宽度及挠度值(本文仅取用3、7点板上裂缝宽度)。
    试验前由于仅有板自重3.5kN/m²作用在板上，而设计荷载为10kN/m²所以需加荷载为6.5 kN/m²。根据试验现场条件，选用普通机制红砖作为加载荷重，从现场砖垛的上、中、下各抽三块进行称量，其平均单块砖重为2.335kg。根据试验设计荷载强度6.5kN/m²的要求，分8级加载，即每级加载后板上均布荷载为0.8kN/m²、1.6 kN/m²、2.4 kN/m²、3.2 kN/m²、4.0 kN/m²、4.8 kN/m²、5.6 kN/m²、6.5 kN/m²，每级加砖34+34+34+34+34+34+34+40块，实际加载量6.49kN/m²，为满布荷载的99.85%，对于试验数据可不进行修正。
    当每级荷载加载完成后，按结构试验规范进行测试，当测试数据稳定后，进行下级荷载加载，直至全部荷载加载完成。3、7点裂缝宽度实测数值见表1：

图1 测点布置图

表1       实测裂缝宽度       单位：mm

4 利用PM对板裂缝宽度进行计算

      利用PM对1#板进行计算可得到在设计荷载作用下板跨中裂缝宽度为0.34mm，与试验实测值0.40mm相差0.06mm，与试验实测值0.38mm相差0.04mm，可见实测裂缝宽度值与PM计算裂缝宽度值相差不大。利用PM对2#、3#板进行计算可得到二者在设计荷载作用下跨中裂缝宽度为0.32mm、0.31mm。

5 利用Ansys计算板内力

    本文利用Ansys对钢筋混凝土现浇板进行非线性有限元分析，得出其在设计荷载作用下板的最大内力数值。在利用Ansys对钢筋混凝土现浇板进行非线性有限元分析时需要确定混凝土和钢筋的本构关系。

5.1 混凝土本构关系
    本文利用Ansys对板内力进行计算时混凝土本构关系采用美国E？Hognestad数学模型，该模型的上升段为二次抛物线，下降段为斜直线，即：

5.2 钢筋本构关系
    本文钢筋本构关系采用理想弹塑性模型，即：

利用Ansys对1#、2#、3#板计算可得它们跨中弯矩值分别为17.2kN？m、15.9kN？m、13.8kN？m。

6 裂缝产生原因分析

    本建筑物基础采用钻孔灌注桩，由《地质勘测报告》、《桩基静力荷载试验》、《桩基动力荷载试验》及基础荷载设计值(由Satwe计算)表明本建筑物基础满足承载力要求且由基础沉降观测资料知该建筑物基础沉降均匀，因此，本工程上部主体结构裂缝与基础无关。由《检测报告》可知板混凝土强度等级满足原设计C30的要求。由监理日记可知板浇筑后拆模较早，施工过程中并无施工荷载过大和荷载堆积情况发生。由表1可知：1#板跨中裂缝宽度在设计荷载作用下大于0.3mm的规范限值，并且试验条件下的荷载布置并非板的最不利荷载组合，所以实际板的裂缝宽度还会更大。由PM计算结果可知，1#、2#、3#板跨中裂缝跨度均大于0.3mm的规范限值。利用Ansys计算1#、2#、3#板在设计荷载作用下，板中最大弯矩分别为17.2kN？m、15.9kN？m、13.8kN？m。分别大于1#、2#、3#板原设计极限承载力15.5kN？m 、14.2kN？m、12.0kN？m，说明1#、2#、3#板强度不足。根据现场观测可知部分裂缝位于预埋电线管下。用钢筋位置探测仪探测，大多裂缝出现在钢筋位置处。综上，可知板出现裂缝的原因有：(1)混凝土养护不当、拆模过早造成了早期微裂缝的形成；(2)预埋电线管促成和加速了裂缝的形成与发展；(3)板跨度较大，致使板跨中弯矩较大，直接造成板跨中混凝土应力、钢筋应力、板底跨中裂缝较大；(4)板不能满足设计荷载要求。
    根据上述原因和参阅有关资料，对本工程中1#、2#、3#板采用板底粘钢加固措施。

7 结束语

    1)从本工程可得出，在混凝土结构施工时应避免拆模过早、混凝土收缩过大等情况发生，以免引起构件开裂。
    2)从本工程可得出，在设计时对于钢筋混凝土现浇板应尽量避免过大的跨度，可以适当增加次梁减小板的跨度，以避免板的厚度过大或板的跨中挠度、跨中裂缝、支座裂缝过大，进而影响整个结构的安全性与可靠度。
    3)根据本文所述原因对该工程出现问题的钢筋混凝土现浇板进行补强加固处理并进行了后继工程的设计与施工，部分楼板已投入使用。至今，一切良好。