砼楼板施工期时变结构的安全现状调查及结构分析.doc

砼楼板施工期时变结构的安全现状调查及结构分析林兰英（福州市房地产开发总公司 350005）【提要】：本文从砼楼板常见的裂缝现象出发，针对砼结构施工期时变状态中现浇板截面有效高度损失、早龄期砼强度变化、钢筋与早龄期砼锚固握裹力变化及施工荷载效应等因素调查入手，探究其对结构抗力的影响和变化规律，并推导出了施工期砼板结构安全分析的一个判别式。【关键词】：施工期裂缝；时变结构；截面有效高度；早龄期砼； 钢筋锚固力；施工荷载效应；结构分析； Structural Analysis Bas On The loss Slab Sectional Effective Height and Constrution 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 Early 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 structure;Sectional effective height；Construction Loads effect；Reinforced hold strength;Early age time concrete;Structural analysis;.1前言 楼板施工期结构出现安全或质量事故是指建筑房屋楼板尚未交付使用，在结构施工期或装修期(含二次装修期)出现的砼结构出现裂缝或失效甚至倒塌破坏等现象。其裂缝产生的原因是多方面的，如温差与收缩应变，不均匀沉降、混凝土工程严重质量缺陷、模板系统支撑失稳、施工荷载严重超标、盲目赶工期等，大量的工程质量事故统计表明，由于施工期间结构处于时变状态，结构内力参数处于不断的变化之中,与设计结果有很大的不同，其早龄期砼强度和钢筋锚固力以及竖向连续支撑体系的受力和施工荷载处于不断地变化状态，结构受力具有非稳定性及瞬时性，如果施工期结构施工不经过认真的计算或有效的控制，不仅容易导致结构施工期出现裂缝现象，严重时可导致结构失稳和坍塌，经统计表明，施工期结构出现失效事件大大超过正常使用阶段，在美国大约57%的工程破坏事故发生在施工阶段，俄罗斯为70%，而我国较为突出，大约在80%左右，也即我国工程施工期结构安全失效概率大大超过正常使用期，而结构失效又以砼楼板失效频度为最高，因此施工期结构安全控制首先必须对砼楼板的结构安全进行控制，才能确保整个结构体安全度。为此首先必须对导致结构的实际内力和变形不断发生变化的四个要素：a砼早龄期强度b.钢筋锚固握裹力c.构件截面有效高度损失；d.施工荷载效应等方面进行分析和计算，根据实际施工过程不断变化着的施工荷载、早龄期砼强度、钢筋锚固强度、有效高度的损失情况等，对施工期楼板进行结构安全分析，以确保施工期结构的安全，从而避免施工期结构一旦破坏或失稳带来的难以弥补的损失，首先应对影响施工期结构抗力的三大要素进行现状调查。2、现浇板施工期结构安全时变现状调查 21现浇板截面有效高度损失 现浇砼双向楼板多采用直通式配筋方式，板的负弯矩钢筋在一般情形下直接搁置在梁上排主筋面上，这样在合理的设计和施工条件下即可保证其有效高度满足设计及施工规范要求。然而众所周知的施工中人为踩筋，或砼倾倒及振捣过程中负筋受压挠曲以及负筋区未设置撑筋，是使板负筋有效高度损失的基本状况；通常情况下，由于板负筋的铁丝绑扎节点不牢，松驰滑脱或梁箍筋倾斜等将导致主筋下沉5lOmm，这是负筋有效高度的第二重损失；此外楼板内纵横交错的水电、暖通、煤气等预埋管件常使砼楼板有效高度进一步削弱，这是其第三重损失；砼楼板施工过程中板厚不均，砼强度偏低，均质性差造成截面有效高度的第四重损失。在砼楼面（尤其是框架结构）由于各种纵横交叉梁节点部位的存在且数量众多（含框架节芯区梁板节点，以下统称为节点），为了维持交叉梁或重叠负筋区的梁主筋和板筋的砼保护层厚度，不使交叉节点处上排主筋和重叠区上排板负筋露筋，目前一般的工程施工中均人为地将梁的箍筋，高度统一降低1015mm，使板负筋有效高度紧跟着被动地减少，这是造成板负筋的第五重损失；如果梁底砼保护层垫块遗漏或在施工中滑脱和压碎，将导致板负筋跟着下降15mm，这是第六重损失；以上造成的总损失可达20mm50mm，最严重可使负筋几乎丧失其大部分承载力，不得不令人深思。2.2早龄期砼强度损失早龄期砼强度损失可以包含以下几个方面：早期因含水量减少导致的砼坍落度损失、配合比混合物接近初凝状态才浇捣成型造成的早期化学活性损失、搅拌不均造成的离析以及和易性损失等、因振捣工艺不当造成的振捣不足或振捣过度造成的配合比均质性或密实性损失、养护或半成品保护不当造成的砼强度损失、未到一定强度就上施工荷载或振动负载造成砼内部结构损伤等等。以福州市一个典型的砼楼板养护为例，如果其白天开始浇筑砼并至夜晚，此时砼板通常不在夜间进行养护，到了第二天，由于楼层放线需要，不能浇水进行养护或养护不会很充分，而放线通常需要一天的时间，此时最早开始浇筑的砼龄期已达36个小时，最迟浇筑的砼也有24个小时，在这期间都不能进行正常的养护，而早期养护对于砼强度形成及抵抗砼早期内部自收缩并参予内部的化合反应均起到特别重要的意义。此后砼楼板的养护通常也不会超过3天时间，可想而知，这样的砼楼板其强度、刚度、抗裂度及耐久性都很低下。在一定外界条件作用下很容易造成裂缝现象。2.3 钢筋与早龄期砼锚固握裹力钢筋与砼锚固握裹力与砼的抗剪强度成正比例关系，当早龄砼强度、均质性、密实度下降后，砼的抗剪强度成比例降低，而在计算早期砼板内力时，因钢筋抗拉能力与其对砼的锚固握裹力有直接的内在关系，如何取定其抗拉能力成了很关键的问题，而砼未到其龄期强度，对于未充分发育的早龄期砼来说，能否充分利用其抗拉强度，规范也没有明确的规定性的说明，对其锚固力（也即钢筋的抗拉能力）的取值应取保守态度，因为一旦钢筋与早期砼的握裹力达到极限状态或产生了破坏作用，将带来无法修复的后果。施工期当结构承受施工荷载后，由于砼的龄期才达到原设计的部分强度，致使钢筋与砼之间的锚固握裹力比原设计大大地降低，为了充分利用钢筋的抗拉强度，使之能够达到设计屈服强度，必须使钢筋具备更长的锚固长度，根据文献19.3.1条，当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，普通受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算：=dfy/ft（1）从上式中可以看出，在钢筋的形状及强度不变的情况下，钢筋的锚固长度与砼的抗剪强度成反比，也就是说必须延长钢筋锚固长度，而在设计时是无法充分考虑到砼龄期达部分时钢筋将达到屈服强度而必须事先将钢筋的设计锚固长度加以延长的。而如果在砼龄期尚只有一半时使砼板承受设计荷载，则会造成负筋与砼之间产生滑移或劈裂反应，使板过早地达到屈服状态，容易出现裂缝或破坏现象。因此龄期砼板抗弯强度必须乘以折减系数（这里大略地将看作与砼抗压强度fcm成反比），即Mu=fyAsrsho（2）24 结构施工期楼板施工荷载效应 砼板设计过程中荷载取值一般仅考虑使用期间板的自身静荷载和正常使用状态下的使用荷载，对于框架结构自上而下逐层支模加荷的施工过程造成的荷载增大效应，一般设计过程均未加以考虑。对于一般框架住宅结构板厚为lOOm楼层，其砼板施工荷载按文献3规定的荷载取值可按下表求得：表1 施工荷载类别及各分项标准值 施工荷载类别 施工荷载标准值kNm2 荷载分项系数 模板及支架自重 木模075 12 新浇钢筋混凝土板自重 01025 12 施工人员及设备荷载 10 14 砼振动荷载 20 14注：对于大型浇筑设备、砼输送泵等按实际荷载计算 则从上而下总的施工荷载q总=07512X2+0102512+1Ol4+2.Ol4=9 kN。 在计算总荷载传递时作如下假定： 模板支撑的刚度相对于楼板是无穷大的： 楼板由支撑相互连接，因而当加上新荷载时所有互相连接的楼板挠度相等；同时楼板根据其龄期刚度按比例承受了一部份增加的荷载； 楼板的刚度与龄期内的砼弹性模量或砼强度成正比；地坪或其他基础支座是刚性的。福州市目前一般框架结构模板支撑按上下连续两层，每层施工进度8天计，每层根据砼龄期强度按比例分配传下的荷载，福州地区夏季平均气温按25计，则8天砼龄期强度可达75设计值，16天龄期强度可达85，则每层相应增加的荷载分别为422kN、478kN。而一般住宅楼设计活荷载与装修荷载之和为1514+13=34kN两相比较，施工期每层楼板所分配的荷载分别超过设计使用荷载24及41，这就是结构施工期楼板出现裂缝的主要原因之一，对于大部份框架或剪力墙工程的结构施工而言，夏季一个月4层的施工进度司空见惯，有部分工程甚至月上56层，如果模板周转套数及其它质量控制措施不能落实到位，则不仅楼板裂缝不可避免，甚至有可能出现建筑整体失稳的倒坍破坏现象，这方面的例子已不胜枚举。3 基于施工荷载效应的施工期时变状态砼楼板结构安全判别式推导。 双向板结构设计过程中荷载取值一般仅考虑使用期间板的自身静荷载和正常使用状态下的使用荷载，施工期间框架从上往下逐层支模加荷的砼浇捣过程造成的施工荷载效应及龄期内砼板内力分析，均随着结构施工进度、砼有效高度损失情况、加荷过程及砼板随时间而不断增强的弹性模量、砼强度、钢筋与砼的锚固握裹力等变化而变化，一般设计过程未加以考虑，实际施工过程中一般仅能依据文献1中关于砼结构拆模条件的规定和模板支撑的计算要求进行宏观控制，而无法作到对结构的内力进行分析。 由于施工期结构失效造成的建筑结构抗力及耐久性损害远比建筑在正常使用期和徐变、老化等造成的结构损害来得严重，因此建筑施工期结构抗力安全系数应大于建筑使用期的结构安全系数，这个原则可用公式表达为：MuMMuM（3）其中Mu(Mu)为结构设计(施工期)抗弯极限承载力，M(M) 为荷载引起的结构设计(施工期)内力，一般的设计原则应保证MuM施工期结构安全抗力判别式可表达为：Km= (MuM)/(MuM)1（4）令a=hoh = fcmfcm =qcqc ,均为施工期结构实际参数与设计参数比值，考虑到砼板在龄期内由于钢筋锚固能力下降，钢筋的抗拉强度利用率与砼的抗剪强度呈现同比递减,因此,施工期砼板结构的抗弯板限承载力Mu应乘以砼龄期内的强度系数= fcmfcm 由Mu= fyAsrsho Mu=fyAsrsho M=CqcLx2 M=CqcLx2 当=0.10.3时，rs=0.950.85 可以认为 rsrs代入(4)式可得 Km= (MuM)/(MuM)= （rs/rs）a-1a-11（5）此式可作为施工期砼板结构安全分析的判别式，当K1时，砼楼板将出现不同程度的裂缝对于一个多层的具有相同结构型式的上下连续支模的砼楼板，当上下多层模板的支撑方式相同、养护条件相同，砼截面有效高度损失相同的情况下，可依据叠加原理，计算出一个连续支撑体系的结构总的安全度，而不必详细层层分解计算每层楼板的施工荷载，则（5）式可化为下面公式aiii-11（6）可以用上式来大致地判断一个多层时变结构的安全程度大量工程实践经验表明，板的抗力Km表达式与可能出现的最大裂缝宽度之间有如下的对应关系：(对于不同的Km值，Wmax可内插求得)：表3 板的抗力Km与可能出现的最大裂缝宽度对应关系 K 2010 1008 0806 0604 04Wmax()00501010303404504507压屈破坏94 解决时变状态下结构施工安全的新工艺和新技术由于时变状态下结构具有瞬时性、不稳定性及无序化特征，因此标准化、工业化、信息化生产是其最基本的解决途径。目前国家正在推广使用HRB400MP热轧带肋钢筋，由于与冷轧带肋钢筋抗拉强度接近，两者有相同的施工受力特性，解决时变状态下砼板结构裂缝的难题，只有一个基本途径可行，那就是采用建筑工业标准化生产的焊接钢筋网片，使之整体刚度比人工绑扎钢筋网大大地提高了，其抗裂作用远远超过人工绑扎钢筋