某高层住宅预制楼梯静载试验与分析

刘炼凯（广东建粤工程检测有限公司）

某高层住宅预制楼梯静载试验与分析

刘炼凯
（广东建粤工程检测有限公司）

通过对广州某高层住宅预制楼梯进行荷载试验，得出该预制楼梯在试验荷载作用下的变形情况，结果表明该预制楼梯满足正常使用极限状态和承载能力极限状态的要求。

荷载试验；承载力；挠度；裂缝

1　工程概况

广州某高层住宅建筑一期5#楼为28层框架-剪力墙结构，安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度。由于该建筑楼梯采用预制装配式，为确保使用安全，现选取该建筑第20层的一块预制楼梯进行非破坏性荷载试验，混凝土强度等级为C30，构件高度为3.185m，宽度为1.330m，计算跨度取5.200m。恒荷载（含自重）=7.1kN/m2、活荷载=3.5kN/m2。

2　试验方案

2.1 最大试验荷载

根据GB50152-2012《混凝土结构试验方法标准》和GB50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》的要求，本次试验，在验证正常使用极限状态的时候试验荷载取3.5kN/m（2取标准组合，扣除自重），在验证承载能力极限状态的时候试验荷载取9.0kN/m2，为内力组合设计值与结构重要性系数、承载力标志对应的加载系数的乘积。

即：

（1.2×7.1+1.4×3.5）×1.0×1.2-7.1=9.0kN/m2

其中，结构重要性系数取1.0；

承载力标志对应的加载系数按裂缝和挠度控制，取1.2 。

2.2 试验荷载分级

按GB50152-2012《混凝土结构试验方法标准》的要求，本次试验加载分10级，卸载分2级。楼梯试验开始前进行预加载，检验支座是否平稳，百分表是否正常。预加荷载值可取正常使用极限状态下试验荷载的50%。将1.330m宽梯板划分为五个1330mm×1040mm的区域，面积为1.38m2，按每一个区域分级加载。具体试验加、卸载情况见表1。

2.3 试验方法

荷重采用砂包，砂包重量62.1kg/袋不少于100袋。试验前对砂包重量进行过磅，试验时按每级施加荷载量所需的砂包重量、袋数，用人工均布地搬放在结构构件上。试验过程中，如果出现挠度超过限值、挠度快速增加并无收敛趋势、裂缝宽度超过限值或者裂缝宽度快速增加并无收敛趋势等情况，及时终止试验。

2.4 楼梯变形观测与观测点布设

表1　试验加、卸载分级及各级加、卸载量

楼梯在荷载作用下产生的变形采用百分表测量，裂缝观测采用JC-10型读数显微镜。变形观测点布设在梯板两支座点、四分之一点以及跨中点，两侧各5个测点，共10个测点，测点布置图详见图1。

图1　试验楼梯测点布置及编号示意图

2.5 楼梯挠度变形值及最大裂缝宽度控制

楼梯在试验加载过程中的挠度变形值及最大裂缝允许值按GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》的规定严格控制。本次试验受弯构件的挠度限值为L0/200=5200/200=26mm（L0＜7m）；最大裂缝宽度限值为0.30mm。

3　评定标准

3.1 正常使用极限状态进行评定标准

⑴结构构件荷载达到要求的试验荷载；

⑵在要求的试验荷载作用下，对于计算跨度L0＜7m的受弯构件，其最大挠度≤L0/200；对于计算跨度7m≤L0≤9m的受弯构件，其最大挠度≤L0/250；

⑶在最大试验荷载作用下，结构构件所产生的裂缝最大宽度≤0.30mm。

当同时满足上述三项条件时，评定该结构构件满足

正常使用极限状态要求。

3.2 承载能力极限状态进行评定标准

γ0为结构重要性系数；

［γu］为构件承载力检验系数允许值。

如加载至最大试验荷载值，仍未出现任何承载力标志，则应停止加载并判断构件满足承载力要求。

4　试验结果及分析

4.1 正常使用极限状态

⑴楼梯变形测量结果（见表2、表3），荷载-变形曲线见图2～3。

表2　楼梯变形测量结果

图2　1#测点～5#测点荷载-变形曲线图

表3　楼梯变形测量结果

图3　6#测点～10#测点荷载-变形曲线图

⑵挠度计算

根据上述各测点的变形值，该楼梯加载到正常使用极限状态下试验荷载时（第三级荷载）各点挠度值如表4所示。

由表4可知，最大挠度点在跨中位置。对跨中挠度进行支座沉降的修正，修正量则在正常使用极限状态试验荷载作用下，跨中挠度为3.72-0.69=3.03mm＜L0/200=5200/200=26mm（L0＜7m），满足要求。

⑶楼梯裂缝观测结果

试验在加载过程中，在跨中及四分之一跨处梯板底出现了微裂缝，第一级荷载加载后出现1～3号裂缝，第二级加载后出现4号和5号裂缝，第三级加载后1～5号裂缝宽度稍有加宽，范围在0.08～0.20mm之间，裂缝编号详见图4。即该楼梯达到正常使用极限状态试验荷载时，最大裂缝宽度未超过GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规定的0.30mm最大裂缝宽度限值，满足要求。

表4　挠度计算

图4　试验梯板裂缝位置及编号示意图

4.2 承载能力极限状态

试验加载达到承载能力极限状态试验荷载时，未出现GB50152-2012《混凝土结构试验方法标准》表7.3.3中所描述的承载力标志，因此，评定该楼梯构件满足承载力要求。

5　结论

通过对上述楼梯静载试验结果综合分析，得出如下结论：

⑴该楼梯在试验荷载3.5kN/m2作用下，挠度和裂缝符合规范要求，满足正常使用极限状态的要求；

⑵该楼梯在最大试验荷载9.0kN/m2作用下，未出现承载力标志，满足承载能力极限状态的要求。

［1］GB50204-2015混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.

［2］GB50152-2012混凝土结构试验方法标准［S］.

［3］GB50010-2010混凝土结构设计规范［S］.

［4］GB50009-2012建筑结构荷载规范［S］.