板柱-抗震墙结构书库楼板裂缝成因分析与抗震鉴定*

2021-06-29朱震宇

施工技术(中英文) 2021年9期

朱震宇

(上海市建筑科学研究院有限公司上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032)

0 引言

混凝土结构因原材料具有非匀质性、组成成分多样、成型方式特殊等特点，不可避免地出现裂缝[1]。按裂缝成因，大致可分为荷载作用、变形作用、荷载与变形共同作用、碱骨料反应、质量力(惯性力)作用引起的裂缝[2]。实际工程中裂缝形态各异，成因错综复杂，造成的后果不尽相同。

在板柱-抗震墙结构中，楼板作为主要结构构件，楼板裂缝不仅影响结构使用性能与耐久性能，裂缝开展严重时还可能影响结构安全性能。为此，以某9层板柱-抗震墙结构书库为依托，开展现场检测与抗震鉴定，评估楼板裂缝对结构安全性能的影响，并根据鉴定结果提出相应加固措施。

1 工程概况

某板柱-抗震墙结构书库位于7度设防区，建于1988年，地上9层，首层层高4.00m，2层及以上各层层高2.80m，屋面标高26.400m。平面总体呈T字形，东西向长50.45m，南北向长41.95m，总建筑面积约9 866m2，标准层平面布置如图1所示。

图1 标准层平面布置

无梁楼盖采用无柱帽形式，楼层周边采用有梁框架。首层柱采用C35混凝土浇筑，其余柱、墙、梁、板均采用C30混凝土浇筑。梁柱主筋、无梁楼盖钢筋及抗震墙端部主筋分别采用φ25，φ28，φ32 Q345钢筋，梁柱箍筋、抗震墙分布钢筋及梁板区域板钢筋均采用φ8@250 HPB235钢筋，柱底700～1 000mm高度内箍筋加密(间距100mm)。

无梁楼盖楼板厚200mm，板面采用分离式配筋，柱上板带配筋φ(16～20)@200，跨中板带配筋φ(12～14)@200。板底钢筋双层双向拉通，柱上板带配筋φ14@200，跨中板带配筋φ12@200。

柱上板带在沿与柱顶正交方向设有附加配筋加强区，即柱上板带加强区，构造如图2所示，加强区宽度与柱宽度相同。附加抗弯钢筋为双层双向φ18 HPB235钢筋，锚固长度1 600mm；附加箍筋采用φ10@100四肢箍，箍筋布置长度1 000mm。

图2 柱上板带加强区构造

抗震墙厚200mm，水平及竖向分布钢筋采用φ8@200，双层布置，墙肢两端设2～4根φ(20～25)主筋。

基础为预制混凝土方桩，桩截面尺寸为240mm×240mm，上节桩长14m，下节桩长13.5m，混凝土强度等级为C35，桩顶相对标高为-1.900m。

2 结构检测

2.1 建筑结构布置检测

依据竣工图纸，对建筑结构布置进行现场检测。结果表明，房屋结构体系、建筑布局、轴网尺寸及层高与设计图纸基本相符。

2.2 承重构件截面尺寸与配筋检测

依据竣工图纸，现场对承重构件截面尺寸与配筋进行抽样检测。结果表明，房屋梁、柱截面尺寸与设计图纸基本相符，混凝土梁及剪力墙钢筋配置满足设计要求，8层部分柱底箍筋未按设计要求加密，部分板面钢筋规格不符合要求，多数板面保护层偏厚。

2.3 承重构件混凝土强度检测

采用混凝土回弹仪对主要承重构件混凝土强度进行抽样检测，并采用钻芯法进行修正。结果表明，混凝土表面平整、密实，无蜂窝、麻面等缺陷；混凝土芯样质地坚硬，外观无明显缺陷；首层柱混凝土强度推定值为36.7MPa，2层及以上各层梁、柱混凝土强度推定值为32.3MPa，均符合设计要求。

2.4 房屋损伤调查

经现场调查，房屋损伤主要表现如下。

1)无梁楼盖楼板局部开裂，裂缝主要类型为：①楼板外围阳角切角裂缝基本为贯通裂缝，普遍存在于各层楼板中。②板面裂缝多围绕在柱根附近，呈放射状开裂或沿柱根平行于柱边向外延伸；少数位于梁侧边缘，沿梁跨度方向开展，裂缝宽度一般≤0.3mm，根据抽样检测结果，裂缝深度超过钢筋保护层厚度，但未贯通。楼板典型裂缝形态如图3，4所示。

图3 楼板典型裂缝形态

图4 9层北侧楼板裂缝分布情况

2)部分墙体开裂，主要表现为首层东侧围护墙东倾斜裂缝和高楼层抗震墙角部斜裂缝。

3)各层飘窗悬挑板与墙水平接缝开裂。

4)室内墙、屋面存在渗水、涂料脱落现象，外立面粉刷层存在龟裂、起鼓等老化损伤。

2.5 房屋变形测量

采用全站仪对房屋角点棱线倾斜率进行测量，结果表明，房屋南北向整体略向南倾斜，倾斜率为0.032%～0.106%；房屋东西向倾斜无明显一致性规律，倾斜率为0.011%～0.113%。

3 房屋抗震鉴定

3.1 结构布置与抗震构造措施

本工程采用板柱-抗震墙结构，板柱体系有利于节约建筑空间，且平面布置灵活，但板柱节点较弱，不利于抗震，GB 50011—2010(2016年版)《建筑抗震设计规范》[3]限定板柱结构应用范围为板柱-抗震墙体系，对节点构造提出较严格要求。此外，房屋楼板采用无柱帽平板，相对于有托板或柱帽的板柱节点，柱顶处平板抗冲切承载力较低。

本工程建造时施行的抗震设计规范为TJ 11—78《工业与民用建筑抗震设计规范》[4]，按该规范要求，本工程房屋所在地区抗震设防烈度为6度，即工业与民用建筑一般不设防。实际上，房屋建造时已采取了部分抗震措施，如房屋周边采用有梁框架、设置抗震墙与柱上板带加强区、柱底箍筋加密等，参照 JGJ 8(一)—76《升板建筑结构设计与施工暂行规定》[5]和JGJ 8(二)—79 《升板建筑结构设计与施工暂行规定的补充规定》[6]进行了抗震设计。

GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》[7]中的多层及高层钢筋混凝土房屋鉴定适用对象不包括板柱-抗震墙结构，因此，仅对房屋框架梁柱及抗震墙抗震措施进行鉴定。结果表明，本工程房屋抗震措施存在的主要问题为主要结构构件(无梁楼盖)局部开裂、部分填充墙开裂、承重柱箍筋构造不满足要求。

3.2 抗震验算参数与模型

考虑房屋实际结构形式及使用荷载，依据《建筑抗震鉴定标准》有关规定，采用PKPM软件PMSAP模块对房屋进行抗震承载力验算，验算时考虑恒荷载、活荷载、风荷载及地震组合作用，材料强度按原设计计算。

3.3 结构变形

小震作用下，x，y向层间位移角最大值分别为1/1 785，1/1 918，x，y向最大位移与平均层间位移之比分别为1.369，1.127，x，y向最大层间位移与平均层间位移之比分别为1.369，1.260。

3.4 墙柱承载力

1)1～3层柱顶、柱底箍筋配置不足，4层及以上各层柱顶箍筋配置不足。

2)抗震墙水平分布钢筋配置不足。

3.5 无梁楼盖楼板承载力

无梁楼盖楼板面外弯矩应力计算结果如图5所示，图中正值表示板面受拉，负值表示板底受拉。由图5可知，除柱上板带加强区外，柱顶周边存在较大应力。根据朱炳寅[8]的研究成果，柱中线两侧750mm范围内板带平均弯矩为其相邻柱上板带平均弯矩的2.6倍，因此，分别验算柱上板带加强区、非加强区配筋。根据验算结果，柱顶周边柱上板带加强区板面配筋满足要求，而非加强区板面配筋普遍不满足要求。

图5 楼板面外弯矩计算结果(单位：kN·m)

4 裂缝成因分析

无梁楼盖楼板外围阳角切角裂缝成因如下：①受楼板四周抗震墙及边梁较强的约束作用，混凝土在温度及材料收缩效应下发生的变形受到约束，在角部等应力集中部位出现较大拉应力，超过混凝土抗拉强度，引起楼板开裂；②楼面荷载较大，且板面保护层较厚，对于板面四角开裂具有一定影响。

无梁楼盖楼板板面裂缝成因如下：①原柱上板带仅在柱顶正交方向、与柱等宽范围内布置附加加强钢筋，但除柱上板带加强区外，柱顶周边存在较大应力，而柱顶周边柱上板带非加强区楼板实际配筋不足，抗弯承载力无法抵抗平面外弯矩，导致板面混凝土开裂；②楼面使用荷载较大且长期作用，受混凝土徐变、钢筋应力松弛的影响，楼板抗弯刚度随时间的增加不断降低，挠度进一步增大，裂缝进一步开展。

5 安全性能与抗震性能综合评估

本工程主要结构损伤为柱周边无梁楼盖楼板板面开裂，根据现场检测及承载力验算结果进行综合分析，可知此类裂缝为由构造缺陷、荷载作用、施工缺陷等因素引起的受力裂缝。随着楼板荷载的继续作用，裂缝进一步开展，降低楼板耐久性能，加速钢筋锈蚀、混凝土碳化等，影响楼板正常使用。由于房屋建成时间较早，各类构造措施相对现行规范不够完善，柱上板带及板柱节点较薄弱，随着板面裂缝的开展，节点抗冲切承载力进一步降低，存在较大安全隐患。

综上所述，板面裂缝对房屋结构正常使用和安全性能具有较大影响。房屋抗震性能达不到《建筑抗震鉴定标准》中规定的7度抗震设防、A类建筑要求，应采取可靠的抗震加固措施，以提高房屋整体抗震性能。