探究大跨度厂房楼板规律性裂缝原因

严 良

(福建发展集团有限公司，福建 福州 350000)

1 工程概况

某工业厂区12 号厂房为四层两跨钢筋混凝土结构，总建筑面积6 000 m2，跨度分别为7.4 m 和8.4 m，主体钢筋混凝土结构采用强度等级为C30 的商品混凝土浇筑，板厚度120 mm～130 mm，现浇板底筋为双向单层Φ8@200 配筋，沿板四周布置附加筋Φ8@110 mm～140 mm;厂房2 层～4 层现浇楼面板在浇筑完成2 个月后发现了大面积的贯通性裂缝，宽度约为0.3 mm～1 mm，其中2 层约44%梁存在开裂，3 层、4 层尤为严重，约50%梁存在宽度大于0.3 mm 贯穿性裂缝;板裂缝顺着主次梁宽度与梁平行有规律分布，且开裂位置均沿梁两侧同等宽度并与梁同长，屋面、墙体未见开裂。

2 现场检测及施工情况

2.1 楼板实体检测

现场检测人员利用楼板测厚仪对厂房1 层～3 层楼板进行了抽样检测，检测结果为:楼板厚度为120 mm(设计值)，实测值在117～123 之间;楼板厚度为130 mm(设计值)，楼板厚度实测值在128～133 之间;检测结果表明楼板的实际厚度均匀一致，符合要求。负筋间距数据符合要求。

现场检测人员用全自动混凝土数显回弹仪对1 层～3 层楼板进行了强度测试，检测结果范围在31.6～34.8 之间，依据国家标准GB 50009—2001 建筑结构荷载规范、GB 50010—2002 混凝土结构设计规范，该结果在设计混凝土强度C30 强度允许偏差值范围内，对该厂房三层楼板钻取芯样进行抗压试验，结果也同样表明楼板强度在原设计允许偏差值范围内，符合规范要求。

2.2 楼板裂缝检测

现场检测人员利用裂缝测宽仪和深度尺对厂房的2 层～4 层楼板裂缝进行了普遍检查。检查结果发现，3 层～4 层楼板裂缝多为贯穿裂缝，且裂缝均沿梁顶板两侧同梁宽，走向规则，裂缝最大宽度达到1.2 mm;柱、梁、墙体及屋面上未发现裂缝，同时在两处开裂处做灰饼拉裂试验，1 个月后观察均未见有拉裂，说明该楼裂缝已稳定，裂缝没有继续扩大趋势。

2.3 拆模时间

1 层～3 层拆模时间平均为12 d～15 d;4 层屋面平均为20 d;拆模顺序次梁、连梁、主梁模板支撑为同时拆除，未保留梁底支撑，且没有拆模报告，拆模时强度均是否达到100%不得而知。

2.4 施工过程

该混凝土施工期间为冬季，1 层～3 层混凝土浇筑时间为11月份，当时平均气温为10 ℃;4 层为12月份浇筑，当时平均气温为4 ℃;浇筑过程现场混凝土构件均未覆盖，采用自然养护。

2.5 现场剥离试验

根据GB 50204—2002 混凝土结构工程施工质量验收规范要求梁±5 mm、板±3 mm;钢筋间距±10 mm;现场抽取四处做实体破坏开洞试验，结果如下:

1)二层⑤轴Ⓒ轴段～Ⓓ轴段(附加筋Φ8@140，底筋Φ8@200 双向，保护层20 mm)梁及板上层筋保护层过大，达到80 mm，且该处梁两侧楼板均开裂严重，裂缝宽度大于0.3 mm。

2)二层Ⓑ轴①轴段～②轴段附加筋处保护层约4 cm，梁两侧未见开裂。

3)二层②轴Ⓒ轴段～Ⓓ轴段(附加筋Φ8@170，底筋Φ8@190 双向、板厚120)附加筋处保护层约7.5 cm，且梁两侧板均有开裂现象。

4)三层Ⓔ轴①轴段～②轴段(附加筋Φ8@100，板底筋Φ8@170 双向、板厚140)附加筋处保护层约8 cm，且梁两侧板均有开裂现象。

2.6 商品混凝土原材料

1)石子。

经现场钻洞取样，该批混凝土所用粗集料含风化石、针片状碎石、卵石超过GB/T 14685—2011 建设用石子C55～C30 混凝土含量不大于15%要求，经检测其含量达到50%以上。

2)根据商品混凝土原材料检查报告显示，本批混凝土所用砂的细度模数为2.0 级，小于一般商混站2.2，属于Ⅲ区细砂。

3)钢筋。

目前钢筋市场质量良莠不齐，以及不良商家偷工减料的花样层出不穷，生产企业为了节约成本，按内径负偏差组织生产，造成内径、横肋高偏小，肋间距偏大;经查该厂房楼板钢筋使用的Φ8，Φ10 三级钢筋盘螺为小厂生产。现场钢筋复试报告结果显示钢筋力学性能各项指标均合格，但其负偏差钢筋内径(±4)、肋高(+4，－3)、重量偏差(±7)均都在规定的临界点上，如Φ8 钢筋内径只有7.6 mm。这样钢筋在施工中经过加工处理后直径比原来要细，承载力降低，也就是说负偏差的钢筋受力性能变小。

3 裂缝产生原因分析

根据现场施工和各项检测情况，首先可以排除以下几方面原因:

1)排除外来荷载作用，因为厂房建成尚未投入使用，该厂房楼板未曾堆放过任何东西，只有结构自重。

2)排除地基沉降因素，因为经过复核勘察报告，地基承载力满足设计图纸要求，现场楼板开裂处做灰饼拉裂试验，经过近30 d 观察，未发现灰饼有开裂现象，且墙体和屋面均未出现裂缝。

3)排除温度和收缩裂缝因素，本工程所发现的裂缝分布非常规律，与混凝土温度与收缩引起的裂缝不规则完全不同，多为贯穿裂缝，纵横交错，裂缝宽度沿结构长向变化不大，受温度影响明显，冬宽夏细，一般为混凝土施工后半年左右出现。收缩裂缝:在混凝土凝固过程中，产生干缩和凝缩，其中以干缩为主，多发生在混凝土构件面层上，裂缝浅而细，形式多为不规则，一般在早期出现。

由于混凝土裂缝的产生原因复杂而繁多，往往是多个因素相互作用的结果;就本厂房而言，从裂缝的位置分布规律、产生时间等方面综合来看，主要分为直接因素和间接因素，具体分析如下。

3.1 直接因素

1)钢筋保护层过大。

从现场剥离试验结果来看:板支座处负筋的保护层普遍超过2 cm，平均达到了7 cm～8 cm，最大的甚至达到9 cm，使楼板支座处的负弯矩钢筋的作用大大降低，有些甚至完全失去作用。混凝土保护层过大，首先，形成素混凝土受力，由于素混凝土的抗拉能力是很低的，稍微受力就可能被拉裂;其次，钢筋的承载能力与计算高度有关，计算高度小了，钢筋受力当然也就小了。使受力钢筋的抗拉强度不能得到有效发挥，反而加重了板上层混凝土的受压应力从而引起变形过大，而使楼板开裂。该原因产生的裂缝往往是穿透性的，主要出现在板边及板中受力比较集中的位置，这类裂缝严重者将影响结构的使用安全。

2)赶工期、板上施工堆载过重、上料过早引起的裂缝。

由于建设方工期要求较紧，施工方仅用180 d(日历天)，而根据《全国统一建筑安装工程工期定额2000》要求额定工期为280 d，比定额合理工期缩短100 d;导致主体工程平均为7 d～8 d一层，且当时为冬季施工，混凝土强度增长较慢。现场混凝土刚终凝，施工员就上去放线，紧跟着就是钢筋、脚手架钢管调运堆放，钢筋工绑扎钢筋、木工支模等施工活动。混凝土在强度未达到设计强度时这种材料集中过早堆放及施工活动的扰动，会引起混凝土楼板产生细小裂缝。且该厂房为8 m 大跨度，混凝土总收缩值较小开间要大，更容易在强度不足的情况下，受材料吊卸冲击振动荷载的作用而引起不规则的受力裂缝。并且这些裂缝一旦形成，就难以闭合，形成永久性裂缝。

3)设计因素。

设计配筋安全储备系数偏小;建设方在图纸优化时将配筋率降至规范要求最低标准，甚至配筋率处于临界状态，施工稍有偏差就会处于低于规范要求范围之外，未给施工质量留出相应的偏差空间。根据GB 50010—2010 混凝土结构设计规范8.5.1 条强制要求:受弯构件最小配筋率应取0.2%和45ft/fy最大值;结合图纸设计配筋、现场检查结果计算如表1 所示。

表1 现场检查结果计算表

从以上计算结果可以看出本项目楼板配筋率虽满足规范要求，但设计安全系数很低，加之施工现场钢筋直径均为负偏差和施工绑扎间距不一致，实际的配筋率在此种条件下超出设计配筋率要求，因此加上楼板支座处钢筋保护层严重过大等因素，从而使楼板在钢筋结构受力方面先天不足，助推了楼板的开裂。同时屋面在同等施工条件下施工，但由于采用的双层双向配筋未发现裂缝，则更加证明该厂房设计配筋严重偏小。

3.2 间接因素

1)养护不到位。

经查现场记录，该厂房为冬季最冷的12月份主体施工。施工期间最低气温为－4 ℃，由于混凝土浇筑完后未进行有效覆盖养护，使得混凝土构件长时间暴露在寒冷季节，混凝土由于自身与外界温差较大，而将自身拉裂形成裂缝。

2)原材料因素。

a.石子:经楼板现场钻洞取样，该批混凝土所用风化石、针片状碎石、卵石超过GB/T 14685—2011 建设用石子C55～C30 混凝土含量不大于15%要求，经检测达到50%以上。当混凝土中小粒径骨料或针片状碎石、卵石含量较大时，因其表面积比大粒径较大，需要更多的水泥胶凝材料包裹，因此用水泥和用水量会增大，使混凝土收缩加大，产生裂缝。

b.砂的细度模数为2.0，级配属于Ⅲ区细砂，小于一般商混站2.2;同等条件下，细度模数越低，表示砂子颗粒越小，单位重量的砂子表面积越大，需水量增大，在胶凝材料用量相同的情况下，有降低混凝土强度的负作用，容易出现裂缝。

3)模板支撑拆除过早。

混凝土强度达不到要求产生的裂缝;该厂房楼板跨度为7.4 m 和8.4 m，平均拆模时间为12 d～15 d，屋面平均为20 d;拆模顺序次梁、连梁、主梁模板支撑为同时拆除，未保留梁底支撑。据施工方反映在拆模后不久就产生了不同程度的细小裂缝。按规范要求跨度大于8 m 的板，拆模时混凝土强度必须达到100%，该厂房拆模时未进行同条件混凝土试块试压，只是为赶进度，盲目施工。根据当时气温及JGJ 104—97 建筑工程冬期施工规程混凝土成熟度计算法M=∑(t +10)at可推算得知当时拆模时:

混凝土同期强度=100fcu，o/27.4×M0.1923=100×25/27.4×2150.1923≈32 MPa，由于该计算方法存在误差，因此可以推断当时拆模时混凝土强度很可能未达到100%;违反要求在现浇混凝土未达到设计强度时即拆模，导致板开裂，出现穿透性裂缝。

4 结语

对于大跨度厂房现浇板出现的一些规律性裂缝现象，其导致裂缝出现存在着施工、设计等方面的通病或先天不足;如在设计及施工过程中提前针对以上几点影响混凝土开裂的因素做好相应的把关，可避免造成不必要的经济损失及安全质量事故的发生。

［1］GB 50010—2010，混凝土结构设计规范［S］.

［2］JGJ 104—97，建筑工程冬期施工规程［S］.

［3］GB/T 14684—2011，建设用砂标准［S］.

［4］GB/T 14685—2011，建设用碎石标准［S］.

［5］全国统一建筑安装工程工期定额2000［Z］.

［6］GB 50204—2002，混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.