某工程地下车库楼板变形和开裂事故分析

康会宾， 王 娜， 许 颖

（石家庄职业技术学院 建筑工程系，河北 石家庄 050081）

当前，在高层住宅建设中，往往配套有地下车库，由于各种原因，车库的楼板可能会出现较大的挠曲和开裂.本文针对某工程车库楼板存在的该类问题从设计和施工两方面进行了详细的论证和分析，提出了类似工程应注意的事项.

1 工程概述

某多栋高层住宅小区内配套有两层地下车库工程.地下二层地面采用构造防水板，即250mm厚强度C30的抗渗（P6）钢筋混凝土板，HRB400级直径12mm的双层双向钢筋，间距200mm.地下一层楼板为混凝土大板结构，楼板及梁混凝土为C30，板厚150mm，钢筋保护层15mm，具体平面尺寸及配筋见图1.车库顶板为混凝土空心楼盖结构，两层层高均为3.7m，平层停车.

2013年11月建筑商完成了地下一层楼板的主体施工，因周边住宅楼主体尚未完工，无法投入使用，故在楼面铺50mm厚细石混凝土和顶棚腻子刮平后就不再施工.2014年4月发现，地下一层楼板中多块大板出现明显变形，板中心挠度20mm～40 mm；多块板在支座处出现了明显的裂缝，裂缝宽度达0.2mm，局部甚至0.5mm；车库顶板空心楼盖无明显变形和开裂.

图1 楼板配筋图

2 车库楼板的功能分析

（1）板与梁组成梁板结构，直接承受楼面和屋面的竖向荷载，允许板面出现一定的挠曲变形.

（2）提供竖向结构构件（如墙、柱）的侧向支撑点，减小竖向构件的计算长度，提高其竖向承载力；提供建筑物非承重构件（隔墙、隔断、幕墙等）的水平支撑点，并抵抗水平力.

（3）将结构承受的水平作用（主要是风荷载和地震作用）聚集在板平面内，即聚集水平荷载作用；形成水平横隔板，将水平作用传递到不同的竖向构件（墙或柱）上，即传递水平作用［1］.此种情况下，要求板平面具备足够的刚度，因此，不应有明显的竖向挠曲变形，也不允许开太大的洞口，否则板的刚度降低，无法聚集和传递水平作用.

（4）通过梁与竖向构件（柱或墙等）的连接，形成整体结构，将竖向作用和水平作用传递到竖向构件（柱或墙）上，形成顺畅的传力体系，并最终传递到基础上.

（5）将不同的抗震体系连接成整体，提供适当的强度、刚度，整个结构能整体变形与转动.

3 车库楼板设计考虑的因素

楼板设计主要考虑厚度和配筋问题.本工程的结构嵌固端在车库顶板即空心楼盖处.车库地下一层楼板在结构嵌固层以下主要起承受和传递竖向荷载的作用，因此，可以出现一定的挠曲，但是应该控制在规范允许的范围内.选择板厚时考虑的因素包括：

（1）抗剪和抗冲切要求

楼板设计通常只考虑承受均布荷载，而不承担集中荷载.以本车库楼板为例，取1m×1m楼板计算，其抗冲切承载力约为553kN，而实际上每平方米楼板的均布荷载远小于该值.因此，一般楼板（除无梁楼盖和筏板外）不需要考虑抗剪和抗冲切.

（2）板的挠度

板的挠度计算应依据《混凝土设计规范》的要求［2］，考虑板四边固定，按照结构力学计算挠度为39.04mm，大于规范允许值32.4mm（板的计算跨度为8.4m，在7～9m内时，允许值取板跨度的1／250.起拱20mm，最终实际挠度为19.04mm，满足规范要求.

（3）板的裂缝宽度限制

车库楼板按一类环境考虑.按文献［2］公式计算得，跨中裂缝为0.133mm，支座裂缝为0.285mm，小于规范允许值0.300mm，满足规范要求［2］.

（4）板的舒适度

对应竖向振动频率和加速度，人的各种活动频率一般在1～3Hz3，因此，一般要求板的自振频率大于3Hz，见表1.

表1 楼盖竖向自震频率的限值［3］ Hz

竖向自振频率按照建筑设计研究院结构设计软件计算，楼板的自振频率为7.15Hz.结构频率按照高层建筑规范计算为12.4Hz，满足要求.

峰值加速度约为0.1m／s2.

对于车库，国内外规范中并无明确的要求.参考表2以及表3，两种计算方法所得结果均满足国内规范对于商场最大不超过0.15m／s2的要求.

表2 国内楼盖竖向振动加速度限值［4］

表3 国外楼板竖向振动加速度允许值［5］ m·s－2

经检测，楼盖的实际频率不小于3.5Hz，峰值加速度大于0.1m／s2，最高达0.18m／s2.因此，按国内规范，实测加速度值超过了限值.

板配筋采用四边支撑板，根据边长比值分单、双向板，为经济考虑，一般按照塑性计算.本车库楼板区格接近方形，双向板，跨中板底筋300mm2（直径8mm的HRB400级钢筋，间距167mm，取160mm即可满足受力和最小配筋的要求）；支座341mm2和368mm2（直径8mm的HRB400级钢筋，间距136mm，分别取120mm和110mm即可满足规范要求）.

4 板变形和开裂原因分析

板出现较大的变形和开裂，客观而言必然是板所受的作用效应超过了板的设计承载力和抗变形、抗开裂能力，主观来说，不外乎从设计和施工两方面考虑.

（1）为经济考虑，板采用塑性计算方法，配筋满足承载力要求.板计算跨度取短向净跨7800mm，双向板截面高度一般控制在不小于板短向跨度的1／50，需要约160mm，实际取150mm，偏小.但应以挠度和裂缝验算为准.

（2）变形和裂缝校核计算知，挠度不满足规范要求，而裂缝满足要求.为此，设计通过起拱解决变形挠曲过大的问题.板中间区格跨中挠度接近39mm，起拱20mm.设计最终理论挠度约20mm，满足规范要求.

（3）起拱应该解决恒载和一部分活载引起的挠度，在无地面做法和活载的情况下，挠度较大.相对于梁而言，大板的起拱难度要高一些，可能是现场起拱没有达到要求引起的.经查询施工方，板按照设计要求起拱.

（4）拆模过早、强度未达设计值引起的开裂变形.经查询现场记录，10月底施工，12月初拆模，气温适中，养护时间足够.检查施工和试验情况，同条件养护下的试块强度检测无问题，实际钻芯取样检测，混凝土强度也无问题.

（5）脚手架下沉问题.脚手架支撑于250mm厚的地面防水构造板上，现场调查没有发现明显的变形下沉问题.

（6）施工荷载控制问题.设计要求的施工荷载按照规范计算楼面板为1kN／m2，实际施工中，因该场地内有多栋高层建筑，场区面积较大，因此，采用整体大开挖，车库与高层主体同时施工的方式.为减少二次搬运，轻型运输车辆直接走地下一层楼板.折算等效均布活荷载约8kN／m2，远远超过了设计允许的施工荷载.由于开裂，周边形成了铰支座，导致现场实测挠度较理论计算挠度大很多.

综上，现场出现的变形和开裂较大的问题主要是由于施工荷载控制不当引起的.

5 工程事故处理

（1）因个别楼板变形较大，超过规范允许值，且舒适度较差，需要提高其刚度.因此，一般加固处理经常采用的粘接碳纤维和钢板补强的做法不适合本工程.若采用补强方式，地下二层顶棚抹灰后较亮，对变形敏感的人可能会观察到30～40mm的下垂变形；若抹平，则工作量较大.因此，对开裂的部位和变形较大的区域，采取凿除重新施工的方法.

（2）对于变形较小、开裂不明显的区域，结合表面50mm厚的细石混凝土形成附加钢筋的叠合层，加厚楼板，可以减小使用期间的变形.跨中处由于钢筋配筋问题，会形成少筋断面，但是由于原有的承载力满足要求，不会影响正常使用，也可以采用底部粘纤维处理.支座处可以提高承载力和裂缝宽度，减小正常使用中钢筋的应力和变形.在叠合层符合要求的前提下，一定要做好上下层的连接，将表面凿毛，避免形成附加荷载.

（3）面层加铺50mm细石混凝土，相当于增加了板厚，可减小峰值加速度，提高舒适度.经试验，舒适度大大提高.

6 工程问题总结及经验教训

（1）板本身作为主要的竖向受力构件，允许出现一定的挠度.本工程楼板的跨度较大，采用塑性计算方法配筋较弹性计算节省钢筋较多，但计算变形较大.为保证使用功能和舒适性，设计采用起拱方式，基本解决变形问题，满足经济性的要求，但是安全度较低，结构本身的舒适性较差，设计中应尽量控制板厚不小于跨度值的1／50.

（2）施工中为减少二次搬运，运输车辆在楼板无额外支撑的情况下直接在楼面行走，荷载较大，局部支座处弯矩较大，超过了楼板本身的设计承载力，引起了明显的开裂；超过结构的抗变形能力，引起结构的塑性变形.未行走车辆的地方，荷载正常，起拱效果良好，楼板无明显的变形和开裂.因此，施工中一定要控制特殊的施工荷载.

（3）大型高层住宅或商业项目普遍需要配套建设地下车库，并进行整体开挖和同步施工，因此，车库楼板难免存在作为材料运输通道的问题.设计所考虑的施工荷载一般只是简单的堆载，不会考虑大型机械的通行问题，否则设计板厚可能较大，不经济.因此，应在施工环节解决该问题，避免楼板严重超载.

（4）施工荷载的界定包括基坑支护的荷载、楼板施工、车库顶板填土施工中的车辆运输、消防通道的使用等，施工方一定要提前考虑，在提交给招标方的投标报价中，应该考虑该部分可能的延迟拆模，以及由此引起的租赁期的延长和费用的提高问题，并体现在工程报价的措施费中.

［1］张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例 ［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008：44－45.

［2］GB50010－2010，混凝土结构设计规范 ［S］.

［3］陆伟东，刘学晨，文建国，等.基于振动舒适度的建筑物楼板设计方法 ［J］.南京工业大学学报：自然科学版，2008，30（1）：16－18.

［4］JGJ3－2010，高层建筑混凝土结构技术规程 ［S］.

［5］陆春华，金伟良，宋志刚.基于振动舒适度要求的混凝土楼板自振频率分析 ［J］.建筑科学，2010，26（7）：43－46.