王金波 劉利先，2

(1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 昆明 650500； 2.云南云智工程檢測(cè)鑒定有限公司 昆明 650000)

0 引言

鋼筋桁架樓承板綜合了壓型鋼板—混凝土樓板與傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的優(yōu)勢(shì)，既保證了樓板面內(nèi)剛度不會(huì)折減，又能快速施工[1-5]。近年來(lái)，鋼筋桁架樓承板被廣泛用于鐵路站房、高層建筑和會(huì)展中心，其機(jī)械化生產(chǎn)有利于鋼筋間距均勻、混凝土保護(hù)層厚度一致，從而提高了樓板的施工質(zhì)量，施工時(shí)一般不需要架設(shè)腳手架支撐體系，加快了施工速度，節(jié)約了大量木材和腳手架，實(shí)現(xiàn)了綠色、環(huán)保、節(jié)能、高效的目標(biāo)。但大量工程實(shí)踐表明，對(duì)于未加支撐的現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板，樓板面易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，影響建筑結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性，阻礙鋼筋桁架樓承板的推廣和發(fā)展。為了分析導(dǎo)致上述問(wèn)題的主要原因，本文以某實(shí)際工程為例，進(jìn)行鋼筋桁架樓承板在混凝土澆筑和凝結(jié)硬化過(guò)程中的變形和支撐立桿軸力監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，研究結(jié)果可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

項(xiàng)目工程位于云南省昆明市，其主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，板面采用鋼筋桁架樓承板，地上建筑層數(shù)3層，主體高度20 m，總建筑面積3.19萬(wàn)m2，該工程采用的鋼筋桁架樓承板型號(hào)為T(mén)DB7-120-576，具體參數(shù)如表1所示。現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展試驗(yàn)監(jiān)測(cè)時(shí)，二層樓面焊接在鍍鋅板的鋼筋桁架已經(jīng)安裝完成，待澆筑混凝土。鋼筋桁架大樣如圖1所示。

圖1 鋼筋桁架大樣(單位：mm)

表1 鋼筋桁架尺寸

2 試驗(yàn)方案及測(cè)點(diǎn)布置

2.1 試驗(yàn)方案及監(jiān)測(cè)內(nèi)容

結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，經(jīng)與施工單位商討，共同確定對(duì)二層(3-5/P-M)軸的四跨連續(xù)鋼筋桁架樓承板進(jìn)行混凝土澆筑及硬化過(guò)程中鋼梁和樓板變形、支撐立桿軸力的監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樓板情況如圖2所示，試驗(yàn)樓板尺寸及板編號(hào)如圖3所示。其中(3-4/P-M)軸的⑤～⑧號(hào)板在跨中加設(shè)了支撐，與(4-5/P-M)軸無(wú)支撐的①～④號(hào)樓板進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。樓板厚150 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，試驗(yàn)區(qū)樓板跨度分別為4 000、3 000、2 500、2 500 mm。試驗(yàn)區(qū)鋼梁規(guī)格型號(hào)、尺寸及鋼材種類如表2所示。

表2 鋼梁規(guī)格尺寸

圖2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樓板

圖3 試驗(yàn)樓板平面(單位：mm)

在混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)：樓承板體系(樓板和鋼梁)的撓曲變形；支撐區(qū)域支撐立桿軸力；樓板裂縫發(fā)展情況。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

2.2.1 變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

對(duì)試驗(yàn)區(qū)的四跨連續(xù)板按最不利施工荷載布置計(jì)算其撓度變形曲線，并進(jìn)行變形測(cè)點(diǎn)布置，如圖4所示。由于①號(hào)板撓度值較大，試驗(yàn)時(shí)以該板為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，在跨中布置了9個(gè)測(cè)點(diǎn)，無(wú)支撐區(qū)域的②～④號(hào)板在跨中及支座處布置變形測(cè)點(diǎn)。對(duì)于支撐區(qū)域，僅在跨度較大的⑤號(hào)板布置測(cè)點(diǎn)。

圖4 變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

2.2.2 支撐立桿軸力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

在支撐區(qū)域跨度最大的⑤號(hào)板跨中位置布置軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，軸力監(jiān)測(cè)共布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距為1 300 mm。支撐立桿軸力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示。

圖5 軸力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

混凝土澆筑后1 h，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域鋼筋桁架樓承板混凝土板面普遍開(kāi)裂，裂縫分布較為規(guī)則，基本沿鋼筋桁架方向，第一次裂縫出現(xiàn)后，施工單位進(jìn)行二次抹面處理，處理后裂縫消失，并進(jìn)行澆水鋪膜養(yǎng)護(hù)?；炷翝仓蟮? d，無(wú)支撐區(qū)域的③、④號(hào)樓板再次出現(xiàn)沿桁架方向規(guī)則裂縫，部分裂縫沿垂直桁架方向?，F(xiàn)場(chǎng)裂縫分布如圖6所示。實(shí)測(cè)同條件養(yǎng)護(hù)下，混凝土試塊不同齡期抗壓強(qiáng)度及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度如表3所示。

表3 混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度

3.1 變形監(jiān)測(cè)

參照?qǐng)D4的變形測(cè)點(diǎn)布置，現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄鋼筋桁架樓承板體系撓度變化，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得出各測(cè)點(diǎn)撓度值，如表4所示，選取1～11號(hào)測(cè)點(diǎn)為代表，繪制其相對(duì)撓度變形曲線，如圖7所示?？梢钥闯?，3號(hào)測(cè)點(diǎn)的變形值最大，其相對(duì)變形最大值達(dá)14.543 mm，但未超過(guò)規(guī)范允許值20 mm或L/180[6]；在所有鋼梁變形測(cè)點(diǎn)中，5號(hào)測(cè)點(diǎn)變形值最大，為8.071 mm，未超過(guò)規(guī)范允許值L/200[7]?；炷翝仓瓿蓵r(shí)，無(wú)支撐區(qū)域除③、④號(hào)板的8、10號(hào)測(cè)點(diǎn)外，其他跨中測(cè)點(diǎn)變形均達(dá)到最大值，而8、10號(hào)測(cè)點(diǎn)在混凝土齡期為8 d時(shí)變形才達(dá)到最大值，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)無(wú)支撐區(qū)域的③、④號(hào)板混凝土顏色明顯不同于其他區(qū)域。

(a)③號(hào)樓板

表4 各測(cè)點(diǎn)不同齡期下?lián)隙茸冃沃?mm

續(xù)表4

圖7 1～11號(hào)測(cè)點(diǎn)相對(duì)撓度變形曲線

表4中，無(wú)支撐區(qū)域①號(hào)板的2～4號(hào)測(cè)點(diǎn)的最大變形值分別為12.129、17.456、18.232 mm，支撐區(qū)域⑤號(hào)板的19、20號(hào)測(cè)點(diǎn)的最大變形值分別為6.092、2.188 mm，無(wú)支撐區(qū)域測(cè)點(diǎn)的撓度變形值遠(yuǎn)大于支撐區(qū)域測(cè)點(diǎn)的撓度變形值。無(wú)支撐區(qū)域4 m邊跨和2.5 m邊跨的相對(duì)變形最大值分別為14.543、5.063 mm，中間3 m跨和2.5 m跨的相對(duì)變形最大值分別為4.364、3.531 mm，對(duì)于多跨連續(xù)鋼筋桁架樓承板，跨度相同的兩塊板位于邊跨時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的變形，實(shí)際工程中不宜將跨度較大的板跨作為邊板帶。

對(duì)于現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板，混凝土澆筑成型后易發(fā)生沁水現(xiàn)象，導(dǎo)致上弦鋼筋上方的混凝土被鋼筋支頂，使樓板產(chǎn)生較多塑性塌落裂縫，此后，若混凝土強(qiáng)度發(fā)展不夠迅速，樓板變形沒(méi)有得到足夠的恢復(fù)，順筋裂縫還會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)。在混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，測(cè)點(diǎn)變形值普遍較大，此時(shí)混凝土像是施加在結(jié)構(gòu)上的荷載，并沒(méi)有參與結(jié)構(gòu)體系的受力，整個(gè)樓板體系只有鋼筋桁架提供了剛度;隨著混凝土強(qiáng)度的不斷提高，鋼筋桁架和混凝土逐漸發(fā)揮協(xié)同作用，樓板剛度由鋼筋桁架和混凝土共同提供，混凝土參與受力，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系的剛度大大增加，鋼梁和樓板的變形都有一定程度的恢復(fù)。

3.2 支撐立桿軸力監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)⑤號(hào)板支撐力桿的軸力，試驗(yàn)時(shí)4、5號(hào)測(cè)點(diǎn)中間處木方斷開(kāi)導(dǎo)致5號(hào)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較小，在混凝土澆筑完成后第8 d逐步拆除支撐立桿，拆除順序?yàn)?→4→1→5→3，繪制出5個(gè)測(cè)點(diǎn)的軸力-時(shí)間曲線如圖8、圖9所示。由圖可知，所有測(cè)點(diǎn)的軸力變化規(guī)律基本一致，在混凝土澆筑過(guò)程中，支撐立桿軸力值在短時(shí)間內(nèi)急劇上升，在混凝土硬化過(guò)程中，立桿軸力逐漸減小并趨于穩(wěn)定。

圖8 拆撐前7 d軸力變化情況

圖9 拆撐過(guò)程軸力變化情況

混凝土澆筑完成7 d后，1～5號(hào)立桿軸力分別為其峰值的79.05%、72.08%、66.41%、74.11%、63.06%，平均降低約30%?；炷笼g期為8 d時(shí)開(kāi)始逐步拆除支撐，拆除2號(hào)立桿后,發(fā)現(xiàn)2號(hào)立桿附近的1、3號(hào)立桿軸力有所增加，增加總和約800 N，為2號(hào)立桿原有軸力的25.34%；拆除4號(hào)立桿后，4號(hào)立桿附近的3、5號(hào)立桿軸力增加總和約900 N，為4號(hào)立桿原有軸力的21.64%；即約80%的力傳到了周邊梁上，此時(shí)混凝土強(qiáng)度約為設(shè)計(jì)值的45%。在混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，支撐立桿軸力值普遍較大，此時(shí)樓板以豎向傳力為主，隨著混凝土強(qiáng)度逐步提高，樓板剛度不斷提高，樓板傳力模式由豎向傳力逐漸變?yōu)樗絺髁Γ瘟U軸力值減小。

4 結(jié)論

本文對(duì)8塊鋼筋桁架樓承板進(jìn)行混凝土澆筑試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)從開(kāi)始澆筑到硬化過(guò)程中樓板體系的變形和支撐立桿的軸力，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析得出以下結(jié)論：

(1)現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板在混凝土澆筑期間，結(jié)構(gòu)變形和支撐立桿軸力快速增長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，給樓板體系提供剛度的只有鋼筋桁架本身，混凝土不參與結(jié)構(gòu)受力，所有荷載豎向傳遞；隨著混凝土的凝結(jié)硬化，混凝土具有了一定的強(qiáng)度和粘結(jié)力，混凝土和鋼筋桁架開(kāi)始共同工作，樓板剛度由鋼筋桁架和混凝土共同提供，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系的剛度大大增加，樓板傳力模式由豎向傳力轉(zhuǎn)變?yōu)樗絺髁?，結(jié)構(gòu)變形減小。

(2)對(duì)于無(wú)支撐的鋼筋桁架樓承板，混凝土澆筑成型后易發(fā)生沁水現(xiàn)象，使得樓板產(chǎn)生較多塑性塌落裂縫。在實(shí)際工程中，應(yīng)做好混凝土配合比設(shè)計(jì)，尤其要控制水灰比；裂縫出現(xiàn)時(shí)，要及時(shí)抹面壓光，使裂縫閉合；要嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，防止因混凝土強(qiáng)度發(fā)展不夠?qū)е马樈盍芽p再次出現(xiàn)。

(3)對(duì)于多跨連續(xù)鋼筋桁架樓承板，應(yīng)避免將跨度較大的板跨作為邊板帶；對(duì)于跨度較大的板跨要采取一定的措施，防止樓板在施工過(guò)程中產(chǎn)生大的變形。