房建施工中现浇梁板结构裂缝分析

2024-04-21李晓悦山东三箭房地产开发有限公司山东济南250000

砖瓦 2024年4期

李晓悦（山东三箭房地产开发有限公司，山东济南 250000）

现浇梁板模板施工属于建筑施工关键环节，其实际应用时包括如下特征：首先，不同工程所需模板存在明显差异，应根据实际情况选择合适尺寸与材料，以确保模板质量和精度；其次，在混凝土浇筑环节中，需要严格控制灌浆工艺，确保混凝土均匀性和密实度，最大限度地确保梁板的强度和稳定性[1]；再次，拆模作业时间应根据工程建设具体情况选择，过早或过晚拆卸可能会影响混凝土强度或工期；最后，应对现浇梁板模板施工技术相关规范和工艺要求进行充分理解，严格施工时间节点和工作次序，保证工作按时完成[2]。

1 工程案例

为深入探究温度因素对现浇梁板裂缝的影响，本文结合有限元分析软件对实际案例进行分析。本文所选案例为某地新建房屋建筑工程，该工程设计采用框架－剪力墙结构，建筑轴线长度、宽度以及高度分别为54m、28.8m 以及84.5m。现浇梁板结构施工中采用C40混凝土材料以及HRB400钢筋。案例工程建设中，于2022 年4 月份完成拆模作业，技术人员发现1#楼的一层、夹层以及二层现浇板出现裂缝情况。在查阅施工材料后发现，出现裂缝部分施工时间为2021年7 月至9 月，为此，技术人员对当时气温走势资料进行查阅，并选取一层夹层楼盖绘制相应裂缝走势图进行研究。

2 温度因素对现浇板裂缝的影响分析

2.1 构建现浇楼盖结构模型

依据现行《混凝土结构设计规范》要求，在计算混凝土结构中最大裂缝宽度时需要考虑不同的荷载标准组合或准永久组合。然而，SAP2000 软件的默认材料属性与用户定义的材料属性存在一定差异，如C40混凝土立方体抗压强度标准值为40MPa。因此，需要进行换算处理得出混凝土轴心抗压强度标准值，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

在定义楼盖时，采用壳分层－非线性的截面属性可以更好地模拟楼盖板的行为。该模拟方法能够更准确地预测楼板在不同荷载下的行为和变形。楼盖板被分为受拉区和受压区，分别配置钢筋以增强其受力能力。受拉区钢筋被交叉布置在上下两层，受压区钢筋也被交叉布置在上下两层。此外，还需要在外部添加一道混凝土层以增加楼板的强度和稳定性。

在有限元分析中，为满足不同的需求，可以使用规则的三角形、四边形和六边形等单元体来进行面分割。具体操作中可根据需要在面的周边上选择合适的点进行分割，以获取准确分析结果。案例中所选楼盖共有面单元110余个，具体操作中可选取一块现浇板面进行分割，并将前后结果进行对比。

现浇楼盖模型加载过程可以分为两个阶段：第一阶段加载结构自身的重量荷载和温度荷载，原因在于需要考虑结构的自重和温度变化对楼盖的影响；第二阶段加载非承重荷载、楼面恒载和活载，此环节主要考虑楼盖在实际使用情况下承受的荷载。通过分阶段加载，可以更准确地模拟楼盖板在不同阶段受力情况下的行为和反应。

2.2 收缩、徐变对现浇梁裂缝影响

混凝土收缩现象主要在其凝结初期或硬化过程中体现，具体为体积的逐渐缩小，该现象主要由水泥水化热、干燥收缩、碳化收缩等因素引起。而混凝土徐变则是更为长期的过程，结合实际工程应用，本文仅讨论徐变28d和徐变100d这两个关键时间节点。

在使用SAP2000软件进行分析时，现浇梁与现浇板的处理方法相似。本文研究中首先设定时间属性，其中年平均相对湿度设定为60%，收缩系数取为5，并且设定收缩从第0d开始计算。值得注意的是，收缩被视为短期效应。

为更深入地探究徐变对现浇梁裂缝宽度的影响，本文研究中整理SAP2000分析结果，具体如下：当现浇梁仅考虑收缩效应时，其内力和裂缝宽度的数据详见表1；当现浇梁同时考虑收缩和28d 徐变效应时，相关数据则列在表2 中；而现浇梁在同时考虑收缩和100d徐变效应的情况下，其内力和裂缝宽度的数据则详见表3。通过表中数据进行对比分析，能够更全面地了解现浇梁在不同条件下的性能表现。

表1 2#楼梁仅考虑收缩验算结果（第一阶段）

表2 2#楼梁考虑收缩、徐变（28d）验算结果（第一阶段）

表3 2#楼梁考虑收缩、徐变（100d）验算结果（第一阶段）

根据表1～表3 所提供的裂缝宽度数据，与现场实际测量的裂缝宽度进行对比可得出以下结论：

混凝土收缩对现浇梁裂缝的影响极小。在考虑徐变效应的前100d 内，计算出的裂缝宽度值虽然随时间有所增加，但增长速度相对缓慢。然而，值得注意的是，在工程实际运行两三年之后，徐变影响将逐渐变得显著。

在使用SAP2000 软件进行模拟分析时，可以发现混凝土现浇梁在收缩和徐变作用下产生的拉应力变化范围相对较小。因此，经过计算得到的裂缝宽度值的变化也相应较小。这表明在当前分析条件下，混凝土现浇梁裂缝宽度受收缩和徐变的影响并不显著。但考虑到长期效应，未来工程中仍需要对这些因素进行更深入的研究和监测。

2.3 受温度作用的现浇板内力及裂缝宽度计算

根据不考虑温差、温差为-10℃、温差为-15℃情况下的内力及裂缝宽度数据，可以看到不考虑温差情况下的混凝土板在各种情况下均承受轴向压力。此时，该压力主要来自于混凝土现浇板自身的重量，这使得其成为偏心受压构件。然而，当环境温度发生变化时，混凝土会因为热胀冷缩而产生变形。特别是当温度下降时，混凝土会自发地收缩，导致结构物发生变形，并使混凝土构件受到的约束增加，进而在混凝土板内产生应力。具体分析不考虑温差、温差为-10℃、温差为-15℃情况下混凝土C区域的数据，可以发现其弯矩值分别为3.345kN·m、3.350kN·m和3.392kN·m，而轴力值则从-4.833kN 增加到142.64kN，再到194.10kN。与此同时，裂缝宽度也从0.012mm 增加到0.051mm，再到0.109mm。相关数据表明，随着温度差异的增大，楼板内力的弯矩值并没有发生显著变化。但是，轴力值却从负值转变为正值，并且随着温度差异进一步加大，轴向拉力也在持续增加，从而导致裂缝宽度不断增大。

结合实际计算结果可绘制出如图1和图2所示曲线图，由图可知，在不考虑温度的情况下，混凝土现浇板的最大裂缝宽度值通常较小，并且低于现场实测值。然而，当温度降低10℃时，裂缝宽度开始呈直线上升趋势，其中部分板块区域的裂缝宽度甚至增加20 倍。相较于现场实测值，降温10℃情况下裂缝宽度已经接近或超过实测值；当温度降低15℃时，裂缝宽度的增加更加明显，进一步表明温度的降低对裂缝的产生有更大的影响。通过以上研究结果可以得出结论，温度降低（即温差增大）对混凝土现浇板裂缝宽度具有直接的影响，并且呈现出明显的增加趋势，这一发现对于混凝土结构设计和施工具有重要的意义。基于这个结论，项目实际施工时需要在设计和施工过程中更加关注温度的影响，并采取相应的措施以减少裂缝宽度增加。

图1 板厚为150mm的阶段一裂缝对比曲线图

图2 板厚为120mm的阶段一裂缝对比曲线图

3 现浇梁板温度裂缝控制建议

上述研究表明，温差对现浇梁板裂缝具有直接影响，实际施工时需要结合实际情况采取有针对性措施规避裂缝出现，以保障工程建设施工质量。本文研究中结合相关资料以及工程建设实践经验，提出如下建议：

（1）科学选择材料是规避裂缝问题的基础保障。以低水化热品种作为首选水泥材料，以避免在水化过程中产生过多热量，从而影响混凝土的强度和稳定性。同时，还需对骨料含泥量进行控制，避免影响混凝土的流动性和稳定性[3]。

（2）优化配合比是提高混凝土性能的重要影响因素。项目施工中可通过降低水泥用量、增加骨料用量，并添加适量减水剂和缓凝剂等外加剂，在保证混凝土强度的同时降低水灰比，提高抗渗性和耐久性[4]。此外，配合比中的粉料细度和粒径分布也需要合理控制，以提高混凝土的流动性和密实度。

（3）加强施工控制是保证现浇梁板施工质量的关键环节。实际施工时对混凝土入模温度进行严格把控，避免温度过高或过低导致混凝土强度和收缩性受影响。在混凝土振捣过程中要确保充分振实，以提高混凝土密实度和抗渗性。在浇筑作业完成后及时进行表面抹压，以平整混凝土表面，减少表面的空隙和缺陷，提高混凝土的美观和耐久性。