混凝土框架结构楼面梁开裂原因分析及加固方案设计

诸宏博,梅 凯,吴嘉龙,胡金祥

(1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江 杭州 310012; 2.杭州市富阳区建设工程质量安全监督站,浙江 杭州 311400;3.浙江省建设工程质量检验站有限公司,浙江 杭州 310012)

1 工程实例一

1.1 工程概况

工程一车间基础采用预应力管桩基础,房屋总宽度95.0 m,总长度70.0 m,③轴处设结构缝,东面部分77.2 m×70.0 m,檐口高度21.0 m,采用现浇钢筋混凝土框架结构；西面部分17.1 m×70.0 m,檐口高度22.5 m,标准柱距10.0 m×8.6 m,采用现浇钢筋混凝土框架结构,框架抗震等级为四级。于2019年11月竣工验收。房屋平面形状呈矩形,建筑面积约25 400 m2,建筑地上6层,局部4层。建筑平面示意图见图1。

图1 工程一建筑平面布置示意图

该车间在装修过程中发现各层楼面梁均存在不同程度的竖向及斜向裂缝,及部分楼面板局部开裂等现象。为了解上述楼面梁及楼面板的施工质量及裂缝情况,业主单位委托有资质的检测机构对该车间部分楼面梁、楼面板的施工质量及开裂情况进行检测并分析裂缝原因。

1.2 检测鉴定内容

1) 回弹法检测构件混凝土抗压强度；

2) 混凝土构件截面尺寸、主筋数量及箍筋间距检测；

3) 现浇楼面板钢筋间距、保护层厚度及板厚抽检；

4) 楼面梁及楼面板裂缝情况检测；

5) 裂缝原因分析。

1.3 检测情况

1) 回弹法检测构件混凝土抗压强度。现场抽检了部分楼面梁的混凝土抗压强度,结果表明：抽检到的楼面梁现龄期混凝土抗压强度推定值22.3～37.8MPa之间,其中部分4层楼面梁的混凝土抗压强度未满足原设计强度等级C30的要求。

2) 利用HILTI-PS200S型钢筋探测仪检测了部分楼面梁的配筋情况,结果表明：所检测到的楼面梁主筋数量、箍筋间距均满足原设计要求,约90%数量的梁端箍筋加密区长度未满足设计要求,最短的仅为设计长度的54.0%。

3) 利用HILTI-PS200S型钢筋探测仪检测了部分楼面板的钢筋间距、保护层厚度,结果表明：所检测到的楼面板钢筋间距及保护层厚度基本满足设计要求,板厚也符合相应规范要求。

4) 经现场查勘,车间办公区及生产区各层主梁均存在斜裂缝及竖向裂缝,楼面梁斜裂缝位于支座两端,整体呈“正八字形”,部分斜裂缝已贯穿,斜裂缝基本遍布梁侧面,最大裂缝宽度在wmax=0.36～0.80 mm之间；竖向裂缝主要位于次梁轴段之间,裂缝两端窄,中间宽,呈“枣核状”,竖向裂缝基本处于梁的箍筋位置,最大裂缝宽度在wmax=0.30～0.40 mm 之间[1]。典型裂缝形态见图2、图3。

图2 工程一典型楼面梁端部裂缝形态

图3 工程一典型楼面梁裂缝形态示意图

5) 经现场查勘,车间部分楼面板板面存在裂缝,裂缝位于板面梁板交接处,裂缝长度沿梁全长,最大裂缝宽度在wmax=0.54～0.94 mm之间。

2 工程实例二

2.1 工程概况

工程二厂房基础设计采用墩基础和桩基础,房屋平面尺寸为61.6 m×58.8 m,檐口高度为19.2 m,标准柱距8.8 m×8.4 m,主体结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构,框架抗震等级为四级。该厂房于2020年1月结顶。房屋平面形状呈矩形,建筑面积约14 500 m2,建筑地上4层。建筑平面图见图4。

该厂房在结顶后,发现各层楼面梁均存在不同程度的竖向及斜向裂缝,尤以2层楼面梁裂缝较为严重。故业主单位委托有资质的检测机构对该厂房部分楼面梁的施工质量及开裂情况进行检测并分析裂缝产生的原因。

2.2 检测鉴定内容

1) 回弹法检测构件混凝土抗压强度；

2) 混凝土构件截面尺寸、主筋数量及箍筋间距检测；

3) 楼面梁挠度检测；

4) 楼面梁裂缝情况检测；

5) 裂缝原因分析。

图4 工程二建筑平面布置示意图

2.3 检测情况

1) 回弹法检测构件混凝土抗压强度。现场抽检了部分楼面梁的混凝土抗压强度,结果表明：部分楼面梁现龄期混凝土抗压强度推定值在36.1～40.3 MPa之间,满足原设计强度等级C35的要求。

2) 利用HILTI-PS200S型钢筋探测仪检测了部分楼面梁的配筋情况,结果表明：所检测到的楼面梁主筋数量、箍筋间距均满足原设计要求,部分梁端箍筋加密区长度未满足设计要求。

3) 利用Leica-TS02PLUS型全站仪检测了部分楼面梁的挠度,结果表明：所检测到的楼面梁平均跨中挠度为l0/285,其中最大跨中挠度已达到l0/193,已超出设计l0/250的要求。

4) 经现场查勘,厂房各层纵、横向主梁均存在斜裂缝及竖向裂缝,楼面梁斜裂缝位于支座两端,整体呈“正八字形”,部分斜裂缝已贯穿,斜裂缝基本遍布梁侧面,最大裂缝宽度在wmax=0.24～0.38 mm之间；竖向裂缝主要位于次梁轴段之间,裂缝两端窄,中间宽,呈“枣核状”,竖向裂缝基本处于梁的箍筋位置,最大裂缝宽度在wmax=0.30～0.36 mm之间。以2层靠近后浇带位置的楼面梁开裂最为严重,斜裂缝宽度均在0.30 mm以上。楼面典型裂缝形态见图5。

图5 工程二典型楼面梁端部裂缝形态

3 裂缝原因分析

工程一和工程二在房屋类型,构件跨度,裂缝产生的数量、形态、位置等均存在很高的相似度。在分别查阅两幢房屋的沉降观测记录、设计复核计算书、施工记录的基础上,排除了主体结构不均匀沉降和设计缺陷导致裂缝产生的可能性[2-3],综合得出上述两个工程裂缝的产生原因。

1)根据工程一和工程二的施工资料显示,所检测到的楼面梁结构拆底模时间在混凝土浇筑后的12～20 d之间,拆底模时混凝土抗压强度均未达到设计强度的100%,且所检测到的楼面梁设计跨度均>8.0 m。根据《混凝土结构工程施工规范(GB 50666—2011)》[4]第4.5.2条：“构件跨度大于8.0 m的梁、拱、壳构件底模拆除时的同条件养护的混凝土立方体试件抗压强度应达到设计强度等级的100%。”部分楼面结构混凝土浇筑时间均在11月至次年1月之间,处于冬季施工,且拆模时间过早,临时支撑不足,是引起楼面梁产生斜裂缝和竖向裂缝的主要原因。

2)楼面梁箍筋加密区长度均未达到设计的箍筋加密区长度,工程一所检测到的最短箍筋加密区长度仅为设计长度的54.0%；工程二所检测到的最短箍筋加密区长度仅为设计长度的60.8%。上述情况会加剧楼面梁产生斜裂缝。

3)工程一部分楼面梁现龄期混凝土抗压强度未达到设计强度等级,楼面梁端部支座处斜裂缝较多,同时板面梁板交接处亦存在沿梁通长裂缝,且裂缝宽度较大。上述情况表明,在早期混凝土强度不足的情况下拆模,直接导致楼面结构开裂。

4)工程二由于1层地面未采用现浇混凝土地坪,以致会引起2层楼面结构的支模架产生不均匀沉降,所检测到的楼面梁挠度变形过大,也是引起楼面梁开裂的原因之一。

5)楼面结构跨度大,混凝土收缩量大亦是引起开裂的原因之一。

6)位于梁箍筋位置的竖向裂缝是由于拆模过早,养护不足以及混凝土自身收缩等综合因素共同产生的。

4 建议加固方案

根据检测鉴定结果,工程一和工程二楼面梁斜裂缝主要为在早期混凝土强度不足的情况下,拆模过早所引起,同时裂缝较多、较宽，已影响房屋结构的正常使用和耐久性。因此,需按《混凝土结构加固设计规范(GB 50367—2013)》[5]进行裂缝修补后再加粘贴碳纤维的方法进行加固。

工程一部分楼面板板面裂缝亦为拆模过早所引起,同样采用裂缝注浆修补后再加粘贴碳纤维的方法进行加固。

先对混凝土表面进行清理、打磨,必要时可用环氧树脂找平,对斜裂缝、竖向裂缝进行封闭处理,然后采用粘贴碳纤维的方法进行加固处理。

楼面梁加固详图见图6。

楼面板加固详图见图7。

图6 楼面梁加固详图

图7 楼面板加固详图

5 结 语

由于目前市场上的商品混凝土外加剂添加较多及原材料(机制砂)等因素,商品混凝土早期强度增长较慢,且对处于冬季施工的大跨度结构(跨度大于8.0 m)工程,其拆模时间应严格按相应规范要求执行,并加强混凝土的养护。这对建设单位、施工单位及监理单位等提出了新的要求。

通过两个工程楼面结构裂缝的检测鉴定,比较科学地分析了裂缝产生的原因,同时给出了详细的加固方案。因而可作为类似检测鉴定及加固项目的借鉴。