现浇钢筋桁架楼承板变形试验研究

王金波 刘利先，2

(1.昆明理工大学建筑工程学院 昆明 650500； 2.云南云智工程检测鉴定有限公司 昆明 650000)

0 引言

钢筋桁架楼承板综合了压型钢板—混凝土楼板与传统现浇钢筋混凝土楼板的优势，既保证了楼板面内刚度不会折减，又能快速施工[1-5]。近年来，钢筋桁架楼承板被广泛用于铁路站房、高层建筑和会展中心，其机械化生产有利于钢筋间距均匀、混凝土保护层厚度一致，从而提高了楼板的施工质量，施工时一般不需要架设脚手架支撑体系，加快了施工速度，节约了大量木材和脚手架，实现了绿色、环保、节能、高效的目标。但大量工程实践表明，对于未加支撑的现浇钢筋桁架楼承板，楼板面易出现开裂现象，影响建筑结构的适用性和耐久性，阻碍钢筋桁架楼承板的推广和发展。为了分析导致上述问题的主要原因，本文以某实际工程为例，进行钢筋桁架楼承板在混凝土浇筑和凝结硬化过程中的变形和支撑立杆轴力监测试验，研究结果可为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

项目工程位于云南省昆明市，其主体结构为钢结构，板面采用钢筋桁架楼承板，地上建筑层数3层，主体高度20 m，总建筑面积3.19万m2，该工程采用的钢筋桁架楼承板型号为TDB7-120-576，具体参数如表1所示。现场开展试验监测时，二层楼面焊接在镀锌板的钢筋桁架已经安装完成，待浇筑混凝土。钢筋桁架大样如图1所示。

图1 钢筋桁架大样(单位：mm)

表1 钢筋桁架尺寸

2 试验方案及测点布置

2.1 试验方案及监测内容

结合建筑结构现状，经与施工单位商讨，共同确定对二层(3-5/P-M)轴的四跨连续钢筋桁架楼承板进行混凝土浇筑及硬化过程中钢梁和楼板变形、支撑立杆轴力的监测，现场试验楼板情况如图2所示，试验楼板尺寸及板编号如图3所示。其中(3-4/P-M)轴的⑤～⑧号板在跨中加设了支撑，与(4-5/P-M)轴无支撑的①～④号楼板进行对比试验。楼板厚150 mm，混凝土强度等级为C30，试验区楼板跨度分别为4 000、3 000、2 500、2 500 mm。试验区钢梁规格型号、尺寸及钢材种类如表2所示。

表2 钢梁规格尺寸

图2 现场试验楼板

图3 试验楼板平面(单位：mm)

在混凝土浇筑及养护过程中，对以下内容进行监测：楼承板体系(楼板和钢梁)的挠曲变形；支撑区域支撑立杆轴力；楼板裂缝发展情况。

2.2 测点布置

2.2.1 变形监测测点布置

对试验区的四跨连续板按最不利施工荷载布置计算其挠度变形曲线，并进行变形测点布置，如图4所示。由于①号板挠度值较大，试验时以该板为重点监测对象，在跨中布置了9个测点，无支撑区域的②～④号板在跨中及支座处布置变形测点。对于支撑区域，仅在跨度较大的⑤号板布置测点。

图4 变形监测测点布置

2.2.2 支撑立杆轴力监测测点布置

在支撑区域跨度最大的⑤号板跨中位置布置轴力监测点，轴力监测共布置5个测点，测点间距为1 300 mm。支撑立杆轴力监测测点布置如图5所示。

图5 轴力监测测点布置

3 监测结果及分析

混凝土浇筑后1 h，发现两个区域钢筋桁架楼承板混凝土板面普遍开裂，裂缝分布较为规则，基本沿钢筋桁架方向，第一次裂缝出现后，施工单位进行二次抹面处理，处理后裂缝消失，并进行浇水铺膜养护。混凝土浇筑后第4 d，无支撑区域的③、④号楼板再次出现沿桁架方向规则裂缝，部分裂缝沿垂直桁架方向。现场裂缝分布如图6所示。实测同条件养护下，混凝土试块不同龄期抗压强度及标准养护28 d抗压强度如表3所示。

表3 混凝土实测强度

3.1 变形监测

参照图4的变形测点布置，现场连续监测记录钢筋桁架楼承板体系挠度变化，对监测数据进行处理后得出各测点挠度值，如表4所示，选取1～11号测点为代表，绘制其相对挠度变形曲线，如图7所示。可以看出，3号测点的变形值最大，其相对变形最大值达14.543 mm，但未超过规范允许值20 mm或L/180[6]；在所有钢梁变形测点中，5号测点变形值最大，为8.071 mm，未超过规范允许值L/200[7]。混凝土浇筑完成时，无支撑区域除③、④号板的8、10号测点外，其他跨中测点变形均达到最大值，而8、10号测点在混凝土龄期为8 d时变形才达到最大值，试验过程中发现无支撑区域的③、④号板混凝土颜色明显不同于其他区域。

(a)③号楼板

表4 各测点不同龄期下挠度变形值 mm

续表4

图7 1～11号测点相对挠度变形曲线

表4中，无支撑区域①号板的2～4号测点的最大变形值分别为12.129、17.456、18.232 mm，支撑区域⑤号板的19、20号测点的最大变形值分别为6.092、2.188 mm，无支撑区域测点的挠度变形值远大于支撑区域测点的挠度变形值。无支撑区域4 m边跨和2.5 m边跨的相对变形最大值分别为14.543、5.063 mm，中间3 m跨和2.5 m跨的相对变形最大值分别为4.364、3.531 mm，对于多跨连续钢筋桁架楼承板，跨度相同的两块板位于边跨时会产生更大的变形，实际工程中不宜将跨度较大的板跨作为边板带。

对于现浇钢筋桁架楼承板，混凝土浇筑成型后易发生沁水现象，导致上弦钢筋上方的混凝土被钢筋支顶，使楼板产生较多塑性塌落裂缝，此后，若混凝土强度发展不够迅速，楼板变形没有得到足够的恢复，顺筋裂缝还会继续出现。在混凝土强度较低时，测点变形值普遍较大，此时混凝土像是施加在结构上的荷载，并没有参与结构体系的受力，整个楼板体系只有钢筋桁架提供了刚度;随着混凝土强度的不断提高，钢筋桁架和混凝土逐渐发挥协同作用，楼板刚度由钢筋桁架和混凝土共同提供，混凝土参与受力，整个钢结构体系的刚度大大增加，钢梁和楼板的变形都有一定程度的恢复。

3.2 支撑立杆轴力监测

现场连续监测⑤号板支撑力杆的轴力，试验时4、5号测点中间处木方断开导致5号测点的监测数据较小，在混凝土浇筑完成后第8 d逐步拆除支撑立杆，拆除顺序为2→4→1→5→3，绘制出5个测点的轴力-时间曲线如图8、图9所示。由图可知，所有测点的轴力变化规律基本一致，在混凝土浇筑过程中，支撑立杆轴力值在短时间内急剧上升，在混凝土硬化过程中，立杆轴力逐渐减小并趋于稳定。

图8 拆撑前7 d轴力变化情况

图9 拆撑过程轴力变化情况

混凝土浇筑完成7 d后，1～5号立杆轴力分别为其峰值的79.05%、72.08%、66.41%、74.11%、63.06%，平均降低约30%。混凝土龄期为8 d时开始逐步拆除支撑，拆除2号立杆后,发现2号立杆附近的1、3号立杆轴力有所增加，增加总和约800 N，为2号立杆原有轴力的25.34%；拆除4号立杆后，4号立杆附近的3、5号立杆轴力增加总和约900 N，为4号立杆原有轴力的21.64%；即约80%的力传到了周边梁上，此时混凝土强度约为设计值的45%。在混凝土强度较低时，支撑立杆轴力值普遍较大，此时楼板以竖向传力为主，随着混凝土强度逐步提高，楼板刚度不断提高，楼板传力模式由竖向传力逐渐变为水平传力，支撑立杆轴力值减小。

4 结论

本文对8块钢筋桁架楼承板进行混凝土浇筑试验，监测从开始浇筑到硬化过程中楼板体系的变形和支撑立杆的轴力，并对监测数据进行比较分析得出以下结论：

(1)现浇钢筋桁架楼承板在混凝土浇筑期间，结构变形和支撑立杆轴力快速增长，混凝土强度较低时，给楼板体系提供刚度的只有钢筋桁架本身，混凝土不参与结构受力，所有荷载竖向传递；随着混凝土的凝结硬化，混凝土具有了一定的强度和粘结力，混凝土和钢筋桁架开始共同工作，楼板刚度由钢筋桁架和混凝土共同提供，整个钢结构体系的刚度大大增加，楼板传力模式由竖向传力转变为水平传力，结构变形减小。

(2)对于无支撑的钢筋桁架楼承板，混凝土浇筑成型后易发生沁水现象，使得楼板产生较多塑性塌落裂缝。在实际工程中，应做好混凝土配合比设计，尤其要控制水灰比；裂缝出现时，要及时抹面压光，使裂缝闭合；要严格控制混凝土质量，防止因混凝土强度发展不够导致顺筋裂缝再次出现。

(3)对于多跨连续钢筋桁架楼承板，应避免将跨度较大的板跨作为边板带；对于跨度较大的板跨要采取一定的措施，防止楼板在施工过程中产生大的变形。