砼樓板施工期時變結構的安全現狀調查及結構分析

1、砼樓板施工期時變結構的安全現狀調查及結構分析林蘭英（福州市房地產開發(fā)總公司 350005）【提要】：本文從砼樓板常見的裂縫現象出發(fā)，針對砼結構施工期時變狀態(tài)中現澆板截面有效高度損失、早齡期砼強度變化、鋼筋與早齡期砼錨固握裹力變化及施工荷載效應等因素調查入手，探究其對結構抗力的影響和變化規(guī)律，并推導出了施工期砼板結構安全分析的一個判別式?！娟P鍵詞】：施工期裂縫；時變結構；截面有效高度；早齡期砼； 鋼筋錨固力；施工荷載效應；結構分析； Structural Analysis Bas On The loss Slab Sectional Effective Height and Construtio

2、n load Seffection Construction period LIN LAN YING( Fuzhou real estate development parent company ,350005)【Abstrat】：Acording to the phenomenon of the cracks appear ofen in floorslabAiming at the Time- changing states for structure aboat Sectional effective height and Construction Loads effect and Ea

3、rly age time concrete intensity change during construction , probe into the effect for structure resist- strength and the laws of changingAnd a judged formula is given for security analyzing of the structure during structure period ,【Key words】：The cracks in construction period；Time- changing struct

4、ure;Sectional effective height；Construction Loads effect；Reinforced hold strength;Early age time concrete;Structural analysis;.1前言 樓板施工期結構出現安全或質量事故是指建筑房屋樓板尚未交付使用，在結構施工期或裝修期(含二次裝修期)出現的砼結構出現裂縫或失效甚至倒塌破壞等現象。其裂縫產生的原因是多方面的，如溫差與收縮應變，不均勻沉降、混凝土工程嚴重質量缺陷、模板系統(tǒng)支撐失穩(wěn)、施工荷載嚴重超標、盲目趕工期等，大量的工程質量事故統(tǒng)計表明，由于施工期間結構處于時變狀態(tài)，結構

5、內力參數處于不斷的變化之中,與設計結果有很大的不同，其早齡期砼強度和鋼筋錨固力以及豎向連續(xù)支撐體系的受力和施工荷載處于不斷地變化狀態(tài)，結構受力具有非穩(wěn)定性及瞬時性，如果施工期結構施工不經過認真的計算或有效的控制，不僅容易導致結構施工期出現裂縫現象，嚴重時可導致結構失穩(wěn)和坍塌，經統(tǒng)計表明，施工期結構出現失效事件大大超過正常使用階段，在美國大約57%的工程破壞事故發(fā)生在施工階段，俄羅斯為70%，而我國較為突出，大約在80%左右，也即我國工程施工期結構安全失效概率大大超過正常使用期，而結構失效又以砼樓板失效頻度為最高，因此施工期結構安全控制首先必須對砼樓板的結構安全進行控制，才能確保整個結構體安全度

6、。為此首先必須對導致結構的實際內力和變形不斷發(fā)生變化的四個要素：ad.施工荷載效應等方面進行分析和計算，根據實際施工過程不斷變化著的施工荷載、早齡期砼強度、鋼筋錨固強度、有效高度的損失情況等，對施工期樓板進行結構安全分析，以確保施工期結構的安全，從而避免施工期結構一旦破壞或失穩(wěn)帶來的難以彌補的損失，首先應對影響施工期結構抗力的三大要素進行現狀調查。2、現澆板施工期結構安全時變現狀調查 21現澆板截面有效高度損失 現澆砼雙向樓板多采用直通式配筋方式，板的負彎矩鋼筋在一般情形下直接擱置在梁上排主筋面上，這樣在合理的設計和施工條件下即可保證其有效高度滿足設計及施工規(guī)范要求。然而眾所周知的施工中人為踩

7、筋，或砼傾倒及振搗過程中負筋受壓撓曲以及負筋區(qū)未設置撐筋，是使板負筋有效高度損失的基本狀況；通常情況下，由于板負筋的鐵絲綁扎節(jié)點不牢，松馳滑脫或梁箍筋傾斜等將導致主筋下沉5lOmm，這是負筋有效高度的第二重損失；此外樓板內縱橫交錯的水電、暖通、煤氣等預埋管件常使砼樓板有效高度進一步削弱，這是其第三重損失；砼樓板施工過程中板厚不均，砼強度偏低，均質性差造成截面有效高度的第四重損失。在砼樓面（尤其是框架結構）由于各種縱橫交叉梁節(jié)點部位的存在且數量眾多（含框架節(jié)芯區(qū)梁板節(jié)點，以下統(tǒng)稱為節(jié)點），為了維持交叉梁或重疊負筋區(qū)的梁主筋和板筋的砼保護層厚度，不使交叉節(jié)點處上排主筋和重疊區(qū)上排板負筋露筋，目前一

8、般的工程施工中均人為地將梁的箍筋，高度統(tǒng)一降低1015mm，使板負筋有效高度緊跟著被動地減少，這是造成板負筋的第五重損失；如果梁底砼保護層墊塊遺漏或在施工中滑脫和壓碎，將導致板負筋跟著下降15mm，這是第六重損失；以上造成的總損失可達20mm50mm，最嚴重可使負筋幾乎喪失其大部分承載力，不得不令人深思。2.2早齡期砼強度損失早齡期砼強度損失可以包含以下幾個方面：早期因含水量減少導致的砼坍落度損失、配合比混合物接近初凝狀態(tài)才澆搗成型造成的早期化學活性損失、攪拌不均造成的離析以及和易性損失等、因振搗工藝不當造成的振搗不足或振搗過度造成的配合比均質性或密實性損失、養(yǎng)護或半成品保護不當造成的砼強度損

9、失、未到一定強度就上施工荷載或振動負載造成砼內部結構損傷等等。以福州市一個典型的砼樓板養(yǎng)護為例，如果其白天開始澆筑砼并至夜晚，此時砼板通常不在夜間進行養(yǎng)護，到了第二天，由于樓層放線需要，不能澆水進行養(yǎng)護或養(yǎng)護不會很充分，而放線通常需要一天的時間，此時最早開始澆筑的砼齡期已達36個小時，最遲澆筑的砼也有24個小時，在這期間都不能進行正常的養(yǎng)護，而早期養(yǎng)護對于砼強度形成及抵抗砼早期內部自收縮并參予內部的化合反應均起到特別重要的意義。此后砼樓板的養(yǎng)護通常也不會超過3天時間，可想而知，這樣的砼樓板其強度、剛度、抗裂度及耐久性都很低下。在一定外界條件作用下很容易造成裂縫現象。2.3 鋼筋與早齡期砼錨固握

10、裹力鋼筋與砼錨固握裹力與砼的抗剪強度成正比例關系，當早齡砼強度、均質性、密實度下降后，砼的抗剪強度成比例降低，而在計算早期砼板內力時，因鋼筋抗拉能力與其對砼的錨固握裹力有直接的內在關系，如何取定其抗拉能力成了很關鍵的問題，而砼未到其齡期強度，對于未充分發(fā)育的早齡期砼來說，能否充分利用其抗拉強度，規(guī)范也沒有明確的規(guī)定性的說明，對其錨固力（也即鋼筋的抗拉能力）的取值應取保守態(tài)度，因為一旦鋼筋與早期砼的握裹力達到極限狀態(tài)或產生了破壞作用，將帶來無法修復的后果。施工期當結構承受施工荷載后，=dfy/ft（1）從上式中可以看出，在鋼筋的形狀及強度不變的情況下，鋼筋的錨固長度與砼的抗剪強度成反比，也就是說

11、必須延長鋼筋錨固長度，而在設計時是無法充分考慮到砼齡期達部分時鋼筋將達到屈服強度而必須事先將鋼筋的設計錨固長度加以延長的。而如果在砼齡期尚只有一半時使砼板承受設計荷載，則會造成負筋與砼之間產生滑移或劈裂反應，使板過早地達到屈服狀態(tài)，容易出現裂縫或破壞現象。因此齡期砼板抗彎強度必須乘以折減系數（這里大略地將看作與砼抗壓強度fcm成反比），即Mu=fyAsrsho（2）24 結構施工期樓板施工荷載效應 砼板設計過程中荷載取值一般僅考慮使用期間板的自身靜荷載和正常使用狀態(tài)下的使用荷載，對于框架結構自上而下逐層支模加荷的施工過程造成的荷載增大效應，一般設計過程均未加以考慮。對于一般框架住宅結構板厚為l

12、OOm樓層，其砼板施工荷載按文獻3規(guī)定的荷載取值可按下表求得：表1 施工荷載類別及各分項標準值 施工荷載類別 施工荷載標準值kNm2 荷載分項系數 模板及支架自重 木模075 12 新澆鋼筋混凝土板自重 01025 12 施工人員及設備荷載 10 14 砼振動荷載 20 14注：對于大型澆筑設備、砼輸送泵等按實際荷載計算 則從上而下總的施工荷載q總=07512X2+0102512+1Ol4+2.Ol4=9 kN。 在計算總荷載傳遞時作如下假定： 模板支撐的剛度相對于樓板是無窮大的： 樓板由支撐相互連接，因而當加上新荷載時所有互相連接的樓板撓度相等；同時樓板根據其齡期剛度按比例承受了一部份增加的

13、荷載； 樓板的剛度與齡期內的砼彈性模量或砼強度成正比；地坪或其他基礎支座是剛性的。福州市目前一般框架結構模板支撐按上下連續(xù)兩層，每層施工進度8天計，每層根據砼齡期強度按比例分配傳下的荷載，福州地區(qū)夏季平均氣溫按25計，則8天砼齡期強度可達75設計值，16天齡期強度可達85，則每層相應增加的荷載分別為422kN、478kN。而一般住宅樓設計活荷載與裝修荷載之和為1514+13=34kN兩相比較，施工期每層樓板所分配的荷載分別超過設計使用荷載24及41，這就是結構施工期樓板出現裂縫的主要原因之一，對于大部份框架或剪力墻工程的結構施工而言，夏季一個月4層的施工進度司空見慣，有部分工程甚至月上56層，

14、如果模板周轉套數及其它質量控制措施不能落實到位，則不僅樓板裂縫不可避免，甚至有可能出現建筑整體失穩(wěn)的倒坍破壞現象，這方面的例子已不勝枚舉。3 基于施工荷載效應的施工期時變狀態(tài)砼樓板結構安全判別式推導。 雙向板結構設計過程中荷載取值一般僅考慮使用期間板的自身靜荷載和正常使用狀態(tài)下的使用荷載，施工期間框架從上往下逐層支模加荷的砼澆搗過程造成的施工荷載效應及齡期內砼板內力分析，均隨著結構施工進度、砼有效高度損失情況、加荷過程及砼板隨時間而不斷增強的彈性模量、砼強度、鋼筋與砼的錨固握裹力等變化而變化，一般設計過程未加以考慮，實際施工過程中一般僅能依據文獻1中關于砼結構拆模條件的規(guī)定和模板支撐的計算要求

15、進行宏觀控制，而無法作到對結構的內力進行分析。 由于施工期結構失效造成的建筑結構抗力及耐久性損害遠比建筑在正常使用期和徐變、老化等造成的結構損害來得嚴重，因此建筑施工期結構抗力安全系數應大于建筑使用期的結構安全系數，這個原則可用公式表達為：MuMMuM（3）其中Mu(Mu)為結構設計(施工期)抗彎極限承載力，M(M) 為荷載引起的結構設計(施工期)內力，一般的設計原則應保證MuM施工期結構安全抗力判別式可表達為：Km= (MuM)/(MuM)1（4）令a=hoh = fcmfcm =qcqc ,均為施工期結構實際參數與設計參數比值，考慮到砼板在齡期內由于鋼筋錨固能力下降，鋼筋的抗拉強度利用率與

16、砼的抗剪強度呈現同比遞減,因此,施工期砼板結構的抗彎板限承載力Mu應乘以砼齡期內的強度系數= fcmfcm 由Mu= fyAsrsho Mu=fyAsrsho M=CqcLx2 M=CqcLx2 當=0.10.3時，rs=0.950.85 可以認為 rsrs代入(4)式可得 Km= (MuM)/(MuM)= （rs/rs）a-1a-11（5）此式可作為施工期砼板結構安全分析的判別式，當K1時，砼樓板將出現不同程度的裂縫對于一個多層的具有相同結構型式的上下連續(xù)支模的砼樓板，當上下多層模板的支撐方式相同、養(yǎng)護條件相同，砼截面有效高度損失相同的情況下，可依據疊加原理，計算出一個連續(xù)支撐體系的結構總的

17、安全度，而不必詳細層層分解計算每層樓板的施工荷載，則（5）式可化為下面公式aiii-11（6）可以用上式來大致地判斷一個多層時變結構的安全程度大量工程實踐經驗表明，板的抗力Km表達式與可能出現的最大裂縫寬度之間有如下的對應關系：(對于不同的Km值，Wmax可內插求得)：表3 板的抗力Km與可能出現的最大裂縫寬度對應關系 K 2010 1008 0806 0604 04Wmax()00501010303404504507壓屈破壞4 解決時變狀態(tài)下結構施工安全的新工藝和新技術由于時變狀態(tài)下結構具有瞬時性、不穩(wěn)定性及無序化特征，因此標準化、工業(yè)化、信息化生產是其最基本的解決途徑。目前國家正在推廣使用HRB400MP熱軋帶肋鋼筋，由于與冷軋帶肋鋼筋抗拉強度接近，兩者有相同的施工受力特性，解決時變狀態(tài)下砼板結構裂縫的難題，只有一個基本途徑可行，那就是采