装配式混凝土建筑预制楼梯结构性能检验研究

黄天艺

北京工业大学，北京 100022

当前，建筑行业不断向着工业化的方向发展，装配式混凝土建筑的建设总量上升，对于预制构件有着更高的需求。由于预制构件的结构性能与装配式混凝土建筑的整体质量存在着极为紧密的联系，因此必须落实有效的结构性能检验，保证预制构件的实用性与安全性。在此次研究中，主要选取预制楼梯展开结构性能检验。

1 结构性能检验

近年来，我国积极推动建筑行业工业化进程，使建筑行业的市场规模不断扩大，预制构件的生产企业数量也有所增加。在装配式混凝土建筑中，预制构件的结构性能直接关系装配式建筑的整体质量。因此，在进行装配式混凝土建筑的结构测验中，必须展开对预制构件的结构性能检验，其结果可以作为判断装配式混凝土结构使用安全性的标准。

在《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204— 2015）中，强调了对梁板类简支受弯预制构件进行检验的必要性，要求预制构件进入施工现场的同时接受结构性能检验。在实际操作中，针对同一类预制构件，应选取不超过1000 个构件为一批，并在每批预制构件中随机抽取一个构件作为样本展开结构性能检验。相比于其他检验（如尺寸偏差检验、外观质量检验、实体检验等），结构性能检验具有一定的特殊性，需要对预制构件样本展开破坏，即结构性能检验属于破坏性实验检验。该检验主要依托加载试验的展开，对预制构件的变形、裂缝出现及发展、破坏荷载及破坏形态进行检验。从这一角度看，结构性能检验的主要目标在于确定预制构件的挠度、抗裂性能、裂缝宽度以及承载能力等，以此完成梁板类简支受弯预制构件结构性能的综合性评价。

2 样本选取

在此次研究中，主要选取了35 个预制楼梯构件作为结构性能检验的样本。这些预制楼梯样本的混凝土强度等级均为C30，受力钢筋的等级为HRB400。各个样本的基本数据见表1。

表1 预制楼梯样本的基本数据 单位：mm

3 检验方法与评定准则

3.1 检验方法

根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204— 2015）中的相关规定，主要的检验内容包括承载力检验、挠度检验、裂缝宽度检验[1]。在此结构性能检验中，所使用的方法包含分级加载和短期静力。针对预制楼梯样本，应用了三分点集中加载检验的方法。

3.2 评定准则

（1）结构性能检验。结合上述检验内容，确定承载力、挠度以及准永久组合值下的裂缝宽度为此次结构性能检验的关键性指标。

对于承载力而言，标志着预制楼梯样本的承载力达到极限状态的情况包括在受拉主筋区域，产生裂缝的最大宽度为1.5mm 或是挠度达到跨度的1/50；受拉主筋发生断裂；受压区域中混凝土结构遭到破坏[2]。这三种现象出现任意一个，即可判断预制楼梯样本的承载力达到极限状态。依据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）的规定可知，对于承载力的极限状态，应根据荷载效应的基本组合或是偶然组合完成荷载效应组合。预制楼梯应选取荷载效应的基本组合。基于可变荷载效应控制的组合以及永久荷载效应控制组合中的最不利值，确定荷载效应基本组合的设计值。

一般当检验结果满足下式时，可以证明预制楼梯样本的承载力检验合格，即：

当挠度的结果满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2015）中的相关要求，即可判定预制楼梯样本的挠度检验合格[3]，即：

式中：[af]为受弯构件的挠度限制；θ 为考虑荷载长期效应组合对挠度增大的影响系数。

对于准永久组合值下的裂缝宽度，根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2015）中的相关要求，当该数值小于0.2mm 时，即可判定预制楼梯样本的裂缝宽度检验合格[4]。

（2）混凝土强度检测。为了进一步明确样本质量，文章引入了混凝土强度检测。实践中，针对所有样本提取3个直径为100mm、高度为120mm 的混凝土芯样，并结合《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（JGJ/T 384—2016）中的内容完成检测。使用的芯样均提前完成了检查，中间不存在钢筋结构，且未观察到缺损问题。为了保证检测结果的科学性，此次检测中将取芯位置设定在各个预制楼梯构件的平台区域。因为该区域基本不受到结构性能检验的影响，所以获得的混凝土强度检测结果更加合理、真实。

4 结果分析

4.1 结果数据

（1）结构性能检验的结果数据。此次结构性能检验中所得到的结果数据见表2。

表2 结构性能检验的结果数据

由表2 可知，在35 个预制楼梯构件样本中，承载力系数相对值、跨中挠度相对值、最大裂缝宽度均满足质量要求；而在抗压强度方面，有5 个样本未满足C30 等级的相关要求。

（2）混凝土强度检测的结果数据。依托芯样抗压强度测试，得到的结果数据见表3。

表3 混凝土强度检测的结果数据 单位：MPa

由表3 可知，35 个预制楼梯构件的混凝土强度（芯样抗压强度）平均值为44.26MPa，标准差为11.61MPa。与C30 等级要求进行对比，发现有5 个预制楼梯构件样本的混凝土强度未达到设计要求，即混凝土强度在30MPa 以下，甚至有2 个预制楼梯构件样本的混凝土强度在25MPa 以下。

4.2 数据总结

在实际的加载过程中，预制楼梯构件的受弯主裂缝最初发生于楼梯底部区域，方向为沿着宽度方向；在加载不断进行的过程中，主裂缝两侧逐步出现多条裂缝，普遍属于跨中裂缝。在检验中，一旦观察到预制楼梯构件的承载力显示进入极限状态的标志后，应立即停止检验[5]。结果显示，当受拉区域中的混凝土裂缝宽度达到1.5mm 后，此次检验中使用的35 个预制楼梯构件均出现受弯破坏。同时，在准永久荷载条件下，此次检验中使用的35 个预制楼梯样本所产生裂缝的最大宽度均满足标准要求，其中，有28 个样本未观察到肉眼可见的裂缝。

总而言之，样本的承载力系数相对值的平均值为2.66，合格率达到100%；跨中挠度相对值的平均值为0.18，合格率达到100%；最大裂缝宽度平均值为0.01mm，合格率达到100%；抗压强度平均值为44.26MPa，与C30 等级对比，有30 个样本达到要求，合格率为85.7%。换言之，35 个预制楼梯样本的结构性能均符合相应要求，从平均值的角度看，拥有较大的安全储备。

在《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）中，对混凝土的强度有更加严格的要求。该规范指出，在实际的建筑工程施工中，所使用的钢筋材料的强度等级≥400MPa时，相应工程施工中所选用的混凝土强度等级不得在C25以下。同时，根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014），在制作预制构件时，所选用的混凝土等级不得在C30 以下。这样的要求不仅提升了施工材料的利用率，也保障了装配式混凝土的质量、使用年限。同时，结合混凝土强度检测的结果，在针对装配式混凝土建筑中的预制构件展开结构性能检验的过程中，应同步落实混凝土强度检测，从而更加全面、可靠地确定预制构件的质量[6]。另外，由于预制楼梯的承载力拥有较大的富裕度，因此可以在落实结构性能检验前进行混凝土强度检测。

5 结束语

综上所述，对预制楼梯构件展开承载力检验、挠度检验、裂缝宽度检验，以此确定其结构性能。结果表明，构件样本在结构性能方面的合格率达到100%。进一步展开混凝土强度检验，发现存在85.7%的构件样本达到C30 等级要求。因此，为了最大程度上保证预制楼梯构件的性能与使用安全性，需要在展开结构性能检验的同时落实混凝土抗压强度测试，更好地维护构件质量。