吳國強，鄭 科

（濱州市工程建設質量監(jiān)督站，山東 濱州256613）

某框架梁板裂縫原因及結構安全質量鑒定

吳國強，鄭 科

（濱州市工程建設質量監(jiān)督站，山東 濱州256613）

某五層框架結構實驗實訓樓在建設過程中梁板構件出現大范圍的開裂現象，嚴重影響了結構安全及正常使用性功能，基于現場檢測數據和結構驗算情況對該建筑物開裂構件的裂縫原因進行了系統(tǒng)的分析，對開裂構件提出了三種加固處理方案，并對第一種方案進行了詳細敘述，其加固處理方案可供其他類似工程做參考。

框架結構；構件裂縫；結構分析；加固處理

Abstract:During construction，a wide range of cracks appeared in the middle beam slab of a five-layer framework structure building，which badly affected the safety of the building.Based on the testing data and check results of the structure obtained on the scene，the cause of beam slab crack was analyzed systematically.Three kinds of reinforcement plans were put forward.The first scheme has been described in detail，which could be used as reference for other similar projects.

Key words:frame structure;component crack;structure analysis;reinforcement

1 受鑒工程概況

某職業(yè)中專實驗實訓樓始建于2009年8月份，為局部五層，主體四層框架結構，現已施工至四層的大部分區(qū)域，2011年3月該樓二層現澆板及三、四層現澆梁板出現大范圍的構件開裂現象，已經嚴重影響到結構整體安全及正常使用性能，必須對現有結構整體質量進行完整評估，以便對后續(xù)工程的建設提供科學依據。濱州市工程建設質量監(jiān)督站建筑工程司法鑒定中心結合現場檢測數據和結構驗算，對裂縫原因進行系統(tǒng)分析，并對現有結構的加固處理措施提出了建議。

2 現場檢測數據

使用PTS-C10智能裂縫寬度觀測儀對開裂樓板及現澆梁進行了抽檢檢測，其中混凝土構件裂縫寬度及開裂比例見表1，詳細記錄裂縫的分布位置，采用現場鉆芯法抽檢混凝土構件強度（見表2），對使用鉆芯法測強時采集的樓板芯樣本進行樓板厚度測量，抽檢的樓板芯樣本厚度在95mm～115mm之間，均未達到樓板設計厚度值120mm。現場對梁板柱等混凝土構件進行了結構尺寸及構件配筋抽檢，抽檢結果符合設計圖紙要求。部分現場抽檢圖見圖1～圖2。

圖1 現澆板裂縫貫通實驗圖

圖2 現澆樓板開裂寬度檢測圖

表1 開裂構件比例數據表

表2 構件強度抽檢檢測值

3 結構安全分析

3.1 構件裂縫對整體的危害

GB50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》關于裂縫寬度允許值的規(guī)定，是考慮了結構所處的環(huán)境，結構的工作條件以及鋼材對腐蝕的敏感性等因素制定的。規(guī)范將裂縫控制等級劃分為三級，分別按所處環(huán)境類別和結構類別確定相應的裂縫等級及最大裂縫寬度限制，要求在荷載作用下的裂縫寬度不能超過某一限值或不允許出現裂縫。

從表1可知，現有混凝土板的開裂寬度已經遠遠超過規(guī)范要求的最大裂縫限制，并且開裂構件數量占該類構件總數量的比例已高達87%以上，已經嚴重影響到結構整體安全及正常使用性能。裂縫的影響主要表現在以下幾個方面：

3.1.1 承載力下降

由于裂縫的存在，在大氣或有害介質的長期侵蝕下，會使鋼筋銹蝕，逐漸削弱鋼筋的截面積，降低鋼筋與混凝土之間的粘滯力，致使結構的承載力下降，引發(fā)裂縫的進一步發(fā)展，嚴重的可能引起結構的倒塌破壞，對結構的耐久性危害極大。

3.1.2 剛度降低

由于裂縫的存在還使結構的剛度降低，變形增大，對于存儲液體或砌體的容器，或壓力管道，裂縫可能使液體或氣體發(fā)生滲漏，影響結構的正常使用。

3.1.3 影響美觀

過寬的裂縫會影響建筑物的美觀，且在使用者心里產生不安全感。

3.2 結構安全評估

針對以上構件開裂的嚴重危害，必須對現有結構整體質量進行完整評估，才能為下一步開裂結構的處理措施提供科學依據。因此，該中心在現有檢測數據的基礎上使用中國建筑科學研究院PKPM工程部開發(fā)的軟件建立現有結構的計算模型，并使用《多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件》SATWE進行整體框架結構安全驗算，經分析驗算發(fā)現在現有砼強度檢測值的前提下，原始圖紙中部分混凝土梁構件所配鋼筋量已經不能滿足結構安全要求，且現澆板混凝土強度實測值小于C20的構件均不滿足強度要求，必須進行加固處理后方可繼續(xù)使用。

4 裂縫原因分析

目前常見混凝土構件裂縫種類主要為五種：荷載裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、沉降裂縫、管線應力裂縫。由五種構件開裂的原因及本案例開裂構件的特征表現可以采用排除法對構件的開裂原因進行分析，首先對本工程的設計圖紙進行審查，發(fā)現設計圖紙符合結構受力的合理要求，因此排除荷載裂縫的可能；經現場檢測，該工程基礎無明顯沉降及其他位移產生，可以排除沉降裂縫的可能；經審查該工程施工圖紙，電器管線布置符合規(guī)范設計要求，因此可以排除管線應力裂縫的可能；經審查商混公司提供的混凝土原材料配比，可以排除混凝土自身材料缺陷引起干縮裂縫的可能。

4.1 對混凝土梁具體產生裂縫的原因分析

該框架樓的二層梁、板、柱鋼筋混凝土構件施工在2010年11月份，施工至四層時是2010年12月份，也就是已進入冬季施工或施工時自然溫度較低，但是鋼筋混凝土梁的裂縫不是混凝土凝固前期出現的，而是混凝土構件由于沒有有效地保護，經過冬季低溫和夏季高溫的溫差變化引起的，是后期出現的變形裂縫。綜上可知該框架結構混凝土梁的裂縫是混凝土澆筑后在沒有進行有效養(yǎng)護的情況下，構件經過外界氣候溫差的巨大變化而逐漸產生的。

4.2 混凝土板具體裂縫產生原因分析

水泥水化熱引起的溫度應力和溫度變形，是該混凝土板產生裂縫的主要原因。據資料介紹，水泥水化過程中釋放的熱量約為502.42J/g，加上混凝土澆注時自身所具有的環(huán)境溫度，這兩種溫度形成混凝土的內部溫度。當混凝土內部與表面的溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形?；炷羶炔康淖罡邷囟榷喑霈F在澆注后的3～5天?；炷恋臏囟葢εc混凝土的厚度、結構尺寸和溫差密切相關。溫差越大，混凝土的溫度應力越大；混凝土的結構尺寸越厚、越大，混凝土的溫度應力越大。另一方面，水泥用量越大，產生的水化熱越高，其溫度應力也越大。當這種拉應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產生混凝土裂縫。

混凝土的澆注溫度與外界氣溫的高低有直接的關系。當外界氣溫高于混凝土拌合物溫度時，因混凝土內部熱量不易散失，內部溫度高容易引起混凝土開裂；反之，當外界氣溫比較低，尤其是溫度驟降時，容易在混凝土內部和表面之間形成很陡的溫度梯度，從而導致混凝土產生溫度裂縫。本工程中混凝土板澆注日期均在11月份以后，外部氣溫較低，并且混凝土板澆筑后至凝固前沒有采取保溫防護措施，這樣進一步加大了現澆板內部與外部的溫差，致使混凝土現澆板澆筑后較短時間就出現了裂縫，以后隨時間的增加以及冬夏溫差的變化使裂縫寬度加大。

5 處理措施

經過結構驗算，需對不滿足結構安全要求的構件進行加固處理后再進行整體驗算。目前混凝土構件中常用的加固處理措施如下：

（1）壓力灌漿（適用于裂縫寬度0.5 mm的砼構件）并粘貼碳纖維布方法；

（2）置換混凝土方法；

（3）鋼絲繩網片-聚合物砂漿單面外加層加固法；

（4）設置卸載結構，增加支撐或節(jié)點以減小實際結構承受的荷載。

以上加固處理方法必須滿足GB 50367-2006《混凝土結構加固設計規(guī)范》的要求。

根據本工程實際結構分析情況，建議對開裂構件采用第一種加固處理措施即壓力灌漿并粘貼碳纖維方法進行加固補強處理。具體處理方法為：先進行壓力灌漿封閉處理，然后在板底或梁側和板底沿裂縫通長黏貼一層碳纖維布進行補強，碳纖維布的纖維方向應垂直裂縫，并保證裂縫兩側各錨固500mm。裂縫處理完畢后，在板底通長雙向黏貼100mm寬碳纖維條進行加固補強，碳纖維條間距為300mm，并在四邊通長黏貼100mm寬碳纖維片材壓條。碳纖維片材的規(guī)格為300g/m，抗拉強度不低于3000MPa。具體施工要求嚴格遵照CECS146：2003《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規(guī)程》執(zhí)行，先制作樣板間，對樣板間進行結構性能試驗，試驗合格后方可對其他房間進行加固處理，施工完畢后，應按相應要求進行檢測檢驗，為保證施工質量，加固處理應由有專項資質的專業(yè)隊伍施工。其中，梁的加固補強后外觀圖如圖3所示。

圖3 現澆梁加固補強后外觀圖

6 結論

目前，在建筑工程質量鑒定案例中，關于混凝土構件裂縫的鑒定占有很大的比例，常用的控制混凝土構件開裂的措施概括為以下幾點：降低水泥水化熱；降低混凝土入模溫度；加強施工中外界溫度控制；養(yǎng)護保溫措施及時全面；在混凝土構件邊緣加防裂鋼筋等。通過對裂縫產生原因、機理的分析，采取一定的針對性措施，混凝土構件裂縫是可以控制到合理范圍的。

本文的鑒定過程可供有關單位對類似鑒定案件進行參考。

[1]王文明.建筑工程質量檢測鑒定實例及應用指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：13-16.

[2]韓繼云.土木工程質量與性能檢測鑒定加固技術[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：157-160.

[3]楊星.PKPM結構軟件從入門到精通[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：28-48.

[4]GB 50367-2006.混凝土結構加固設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：16-46.

[5]李國勝.建筑結構裂縫及加層加固疑難問題的處理-附實例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：23-45.

（本文編輯：周柯生）

The Cause of Frame Beam Slab Crack and Its Structure Quality Appraisal

WU Guo-qiang，ZHENG Ke
（Binzhou Construction Project Quality Supervision Station，Binzhou 256613，China ）

TU71

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2012.03.020

1671-2072-（2012）03-0087-03

2011-12-01

吳國強（1984—），男，碩士研究生，主要從事建筑工程質量鑒定工作。E-mail：Wgq841225@163.com。