某压型钢板-混凝土组合楼板开裂检测及原因分析

程欢欢

摘 要：某2层钢结构厂房，采用压型钢板-混凝土组合楼板进行加固改造，投入使用后混凝土楼板出现规律分布裂缝。现场对裂缝位置、分布形态等现状进行检测，采用有限元软件进行模拟计算，探索裂缝原因，并分析楼板结构安全性。

关键词：压型钢板;组合楼板;裂缝;有限元分析

近年来，钢-混凝土组合结构的发展给建筑带来许多结构优越性和施工便利性，在建筑结构中越来越多的采用带肋压型钢板作为建筑物楼板体系的承重单元。利用混凝土和压型钢板两种材料的特性组合使其共同工作，以发挥出良好的受力性能及抗变形能力，形成效果好、经济性高的轻型楼板体系。

压型钢板-混凝土组合楼板的突出特点主要体现在以下三个方面：（1）安装便利，降低成本;（2）减少混凝土用量，减轻结构自重，有利于减小整个结构各构件的截面尺寸;（3）用压型钢板作为结构的配筋，可以减少截面裂缝，提高楼面的整体工作性能。但是压型钢板-混凝土组合楼板的板面裂缝却是普遍存在的问题。

本文选取一个地上2层钢结构厂房的压型钢板-混凝土组合楼板作为工程实例，现场检测板面裂缝位置及分布形态，采用有限元软件进行模拟计算，探索裂缝原因，并分析楼板结构的安全性。

一、工程概况

该项目位于上海市闵行区，因业主生产经营需要，对原有厂房二层局部进行重新装饰修缮，以满足生产需要，二层楼面设计采用YX-75-230-690（1）压型钢板+75mm厚度混凝土浇筑。2013年3月初凿除原有二层结构楼面，2013年3月底焊接安装主次钢梁;2013年4月10日开始铺设压型钢板并绑扎钢筋，2013年4月17日开始分三次浇筑混凝土楼板。2013年8月初发现组合楼板混凝土板面存在裂缝。

加固后二层楼板平面图、组合楼板配筋图、组合楼板抗剪键布置图及主次梁加固详图见下图1～3。

二、楼板裂缝现状检测

（一）裂缝分布

通过现场对压型钢板-混凝土组合楼板板面裂缝情况的检测，板面共发现6条可见裂缝，分别分布于10轴、13轴、14轴、15轴、16轴，其中10轴、13轴、14轴、15轴各分布1条可见裂缝，且裂缝一段靠近K轴线，16轴发现2条可见裂缝，分别靠近K轴和M轴。现场6条可见裂缝大致平行于主钢梁分布，裂缝分布示意图详见图4。

（二） 裂缝特征参数

（1）裂缝宽度检测

现场采用智博联ZBL-F103型裂缝宽度观测仪、塞尺、放大镜等检测测量及辅助检测工具对组合楼板板面裂缝宽度进行检测。

采用莱卡激光测距仪、卷尺等检测测量工具对板面裂缝长度进行检测测量。

根据现场实际情况，在宽度较大或长度较长的裂缝位置处采用钻芯机钻取混凝土芯样，測量裂缝的深度，取最大值作为所测裂缝的实测深度。

通过现场观察发现，位于14轴线和15轴线位置处的裂缝长度及宽度最大，故选取这两个位置钻取直径75mm的混凝土芯样各一个，由钻取的混凝土芯样发现，所钻取14轴线和15轴线位置处的楼板裂缝均为贯穿裂缝，即裂缝深度等于组合楼板所浇混凝土部分的厚度，见照片1和2。

现场检测组合楼板6条板面裂缝的宽度、长度和深度值见表1。

三、 裂缝原因分析

（一）裂缝基本形式

通过对大量压型钢板—混凝土组合楼板中的常见裂缝进行统计分析，归纳出八种基本裂缝形式，详见表2，其他更为复杂裂缝往往由这些基本裂缝形式组合而成。

由现场检测的裂缝分布形态可见，该工程压型钢板-混凝土组合楼板裂缝属于第四种基本形式。

（二）裂缝成因

根据现有研究成果及现场实际经验，引起压型钢板-混凝土组合楼板板面开裂的原因主要有以下五种：（1）混凝土强度过低;（2）楼板变形过大;（3）板面配筋不足;（4）温度变化;（5）收缩变形。为了分析该工程裂缝的成因，现场对可能引起裂缝的各种原因进行检测分析。

（1）依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2011）技术要求，现场采用回弹法对组合楼板混凝土强度进行检测，强度推定值在30.0MPa～33.3MPa之间，强度等级推定为C30，满足设计强度要求。

（2）依据《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）技术要求，现场采用TCR1202+型全站仪并结合棱镜对组合楼板板面进行变形检测（假定楼板表面处于同一平面），选取楼板板面四个角点及中间一点测试楼面的相对标高。由检测结果可知，压型钢板-混凝土组合楼板板面并无明显变形。

（3）经过现场检测复核得知，板面配筋顺肋方向为10@150，横肋方向为8@150，检测结果与委托方提供的结构图纸等资料基本一致。

（4）承载力计算

依据规范《压型金属板设计施工规程》（YBJ216-88）、《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99-98）及中国工程建设协会标准《组合楼板设计与施工规范》（CECS273：2010），对组合楼板进行施工阶段的受弯承载力和使用阶段的受剪承载力计算。验算结果表明组合楼板以及钢梁理论承载力计算结果满足设计使用要求，由此可知该组合楼板开裂不是由于承载力不足而导致。

（5）对混凝土收缩徐变作用进行分析，考虑到室内是基本常温，故仅考虑混凝土收缩。

混凝土收缩应变与龄期的关系如下式：

通过理论计算，仅考虑温度作用和恒荷载作用下，楼板支座处应力达到0.8Mpa，不足以导致楼板开裂，故该裂缝并非因为温度变化导致的混凝土楼板开裂，计算正应力等值线图见图5～7。

（5）混凝土是一种多孔胶凝人造石材，属刚性体，主要特点抗压强度高、抗拉强度低、延伸率略小、易产生收缩裂缝。考虑该项目组合楼板属于超长板，而施工时并未严格按规范设置后浇带，组合楼板混凝土向楼板侧边发生收缩，导致结构中部的组合楼板混凝土内产生由于收缩变形引起的收缩应力，以致楼板

中间部位出现较多细小裂缝，当楼板受到荷载作用后，构件内部裂缝得以发展。当裂缝发展稳定后，在误差允许范围内，裂缝宽度一般均不大于0.3mm（对于年平均相对湿度小于60%一类环境下的受弯构件其最大裂缝宽度限值可取0.4mm）。该工程裂缝分布及宽度满足这一规律，判定属于收缩裂缝，为非结构裂缝，不影响结构安全。

四、结语

结合工程实例，现场检测压型钢板-混凝土组合楼板板面裂缝位置及分布形态，采用有限元软件进行计算分析楼板承载力及温度效应，综合分析板面裂缝原因，并对组合楼板结构安全性做出评价，为解决工程问题提供理论依据。

参考文献：

[1] 压型金属板设计施工规程YBJ216-88北京：冶金工业出版社，1989

[2] 混凝土结构设计规范GB50010-2010 北京：中国建筑工业出版社，2010

[3]组合楼板设计与施工规范CECS273：2010 北京：中国计划出版社，2010

[4]房屋裂缝检测与处理技术规程 CECS293：2011 北京：中国计划出版社，2011