耿 麗

(福建省建筑科學研究院有限責任公司 福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室， 福建 福州 350108)

GBF薄壁方箱現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋是指按設計要求在樓板內(nèi)放置埋入式薄壁方箱，經(jīng)現(xiàn)場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近似于實心樓蓋結(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，對其進行混凝土超灌和裂縫檢測，并對其拆模過程中樓板自重作用下變形進行監(jiān)測。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。

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，樓面荷載超出設計要求，導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，有必要對該薄壁方箱空心樓蓋進行自重荷載下靜載原位試驗，并基于混凝土超灌檢測結(jié)果對空心樓蓋進行有限元分析，分析樓蓋的結(jié)構(gòu)安全性。

2 樓蓋靜載原位試驗

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

2.1 原位試驗方案

空心樓蓋撓度監(jiān)測采用吊錘法[3]，在板底面長、短跨方向共布置12個撓度測點，分別為沿板長跨方向(7—11軸)布置5個測點，短跨方向(J—M軸)布置7個測點，為保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，板中心點處設置2個測點，測量結(jié)果取兩測點平均值，板撓度測點分布見圖3。撓度值采用數(shù)顯百分表測量，每間隔一定時間對百分表讀數(shù)進行記錄。裂縫寬度采用刻度放大鏡測量。

圖3 板底面撓度測點布置示意/mm

2.2 樓蓋撓度

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

圖4 短跨方向撓度變形曲線

圖5 板跨中測點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迅速，跨中最大撓度實測值為75.67 mm，根據(jù)GB/T 50152-2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》[4]的規(guī)定，該值超出了短期靜力加載試驗的檢驗允許值(46.67 mm)。

2.3 裂縫檢測

模板頂托拆除作業(yè)前，先對板面裂縫進行檢查，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，對樓面裂縫進行檢查。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)。板底僅對局部拆模區(qū)域進行裂縫檢查，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)試驗方法標準》[4]規(guī)定的短期靜力加載試驗檢驗限值(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)多處豎向細小裂縫，底面出現(xiàn)平行于梁寬方向的細小裂縫。柱的側(cè)面出現(xiàn)細小水平裂縫。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

現(xiàn)場采用鉆孔法對空心板方箱模內(nèi)混凝土灌入情況進行檢測。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，原設計樓板自重12.6 kN/m2，則現(xiàn)階段樓板實際荷載標準值為16.0 kN/m2。

3.2 方箱空心樓蓋數(shù)值計算模型及參數(shù)

對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)關系采用多線性等向強化模型。鋼筋單元采用link8單元，本構(gòu)關系采用雙線性隨動強化模型?？招臉巧w板的相關計算參數(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)有限元計算結(jié)果，原設計荷載作用下空心板撓度值詳圖見圖10。由圖10可知，空心板在原設計恒載12.6 kN/m2，活載0.5 kN/m2作用下板中最大撓度計算值為110 mm，因空心板起拱值為50 mm，則板實際撓度值為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)設計要求，其中l(wèi)0為板構(gòu)件的計算跨度。

圖10 原設計荷載作用下空心板撓度等值線圖/m

實際荷載作用下空心板撓度值詳圖見圖11。由圖11可知，空心板承受實際荷載16.0 kN/m2時，在恒、活載作用下板中最大撓度計算值為150 mm，考慮板起拱值50 mm，實際撓度值為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，過大變形具有危險性。

圖11 實際荷載作用下空心板撓度等值線圖/m

有限元計算結(jié)果大于現(xiàn)場靜力試驗值，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、活荷載下的長期變形量。

4 空心樓蓋施工質(zhì)量控制要點

由于施工過程中，薄壁箱體破損，導致樓板恒載過大，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加強以下幾方面的質(zhì)量控制：

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

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

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

(4)混凝土下料時不宜過猛，也不可太多。澆筑時混凝土輸送泵出口應避免直接沖擊箱體?；炷翝仓r箱體與肋處應采用小振動棒進行振搗，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行修補，做好質(zhì)量控制與成品保護。

(6)模架拆除的混凝土強度應符合設計要求，樓板上承載施工模架時，應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計荷載比例較大，設計時應準確計算樓板自重荷載，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)應完善大跨度薄壁方箱空心樓蓋的施工工藝，加強對施工過程的監(jiān)管，控制現(xiàn)場澆筑的混凝土用量。

(3)應對大跨度混凝土空心樓蓋拆模作業(yè)時構(gòu)件變形實施監(jiān)測，作為建筑后續(xù)使用安全性的重要依據(jù)。

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