载荷试验法在开裂楼板结构安全鉴定中的应用①

□□ 邹 玄，肖 珍，吴诚锐

(湖南交通工程学院，湖南 衡阳 421009)

引言

既有建筑在使用期间，材料性能、施工质量、使用维护等因素可能导致结构开裂等损伤，为确保房屋能继续使用，有必要对当前房屋结构安全性进行检测鉴定。本文拟对某开裂楼板结构进行荷载试验，分析开裂楼板当前承载能力及结构安全性，鉴定楼板开裂对结构承载力造成的影响，为房屋后续使用加固提供理论依据。

1 既有结构安全性评定方法分析

我国常用的结构安全性鉴定标准有：JGJ 125—2016《危险房屋鉴定标准》、GB 50292—2015《民用建筑可靠性鉴定标准》、GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》、GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》、GB/T 50344—2019《建筑结构检测技术标准》等。国内评定标准中对既有建筑结构安全性评定方法层次分明、可实现性较强，但仍有一些不足之处[1-4]：

(1)结构或构件的承载力进行验算时，所采用的分项系数等指标仍采用拟建结构标准，而未考虑建成之后特性。

(2)圈梁构造、地基稳定性等指标的量化仍然比较模糊，无法进行精确的量化，增加了评定结果产生误差的可能性。

(3)目前国内还没有专门用于既有结构安全性评定的软件。

(4)图纸资料、竣工资料缺失，无法通过现场检测数据还原结构。

2 建筑基本情况

某建筑修建于2020年10月，为6层钢筋混凝土框架结构，作为宿舍楼使用，建筑总高度为18.75 m，总建筑面积为5 296 m2。在建筑竣工验收时发现4层楼板有不同程度开裂，为确定4层开裂楼板对结构安全性的影响，需对其进行检测鉴定。建筑外观照如图1所示。

图1 建筑物外观照

3 现场检测

3.1 原位检测

依据GB/T 50344—2019《建筑结构检测技术标准》要求，利用回弹法检测了4层15根混凝土梁构件的强度等级，发现抽查的梁构件强度等级可满足设计要求。四层A-A1/16-17板、四层A-A1/13-14板、四层A-A1/9-10板、四层C1-D/6-7板、四层C1-D/9-10板等5块板的钢筋间距均满足设计和验收规范要求。检测混凝土构件保护层厚度30点、合格点为29点，合格率为96.7%，满足设计和验收规范要求。测试了5块板厚度均为100 mm，满足设计和验收规范要求。现场检测该建筑4层共有28块板开裂，板最大裂缝宽度为0.34 mm，出现在四层C1-D/9-10轴板，板缝大多数为不规则裂缝，具体见表1。

表1 裂缝宽度检测数据

3.2 荷载试验

3.2.1 试验楼板

根据各板裂缝宽度检测结果，选取板裂缝宽度最大的4层A-A1/13-14轴板和C1-D/9-10轴板进行荷载试验，待测板尺寸均为3.6 m×3.9 m，加载区域如图2所示。

图2 荷载试验加载区域(填充部分)

3.2.2 试验荷载

根据现场检测结果，待测板厚均为100 mm，混凝土强度等级为C30。试验楼板作为卧室使用，楼板恒载主要为自重和附加装修荷载，其中附加装修恒载按1.5 kN/m2考虑；根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》，楼板活载取值为2.0 kN/m2。现场勘查试验楼板尚未作用恒活荷载，故荷载试验所施加的最大恒活荷载为3.5 kN/m2，试验分四级进行加载，每级加载的荷载分别为1.5 kN/m2、2.5 kN/m2、3.0 kN/m2、3.5 kN/m2。

3.2.3 加载方式及流程

采用堆载重物法进行模拟加载，按照GB 50152—2012《混凝土结构试验方法标准》要求[5]，逐渐进行加载，各级荷载分别为1.5 kN/m2、2.5 kN/m2、3.0 kN/m2、3.5 kN/m2。每级持荷时间≮15 min，等挠度数据稳定读数后方可进行下一步加载，满载稳定≮1 h(每15 min读数一次)后读取最终挠度数据。加载完成后分为4个等级进行卸载，每级卸载的持续时间≮15 min，等挠度数据稳定读数后方可进行下一步卸载，卸载至0稳定≮1 h(每15 min读数一次)后读取最终残余变形。

3.2.4 试验结果

利用百分表检测板底跨中、支座处变形值，利用裂缝宽度仪检测裂缝发展情况。现场试验照片如图3所示。

图3 现场加载照片(左为第一级加载，右为第四级加载)

4层A-A1/13-14轴板在各级荷载作用下，板挠度最大值为1.1 mm，板裂缝宽度有增大趋势，最大裂缝宽度为0.36 mm，在分级加载作用下各级变形量与总变形量均小于理论计算值，且板的荷载-挠度曲线呈线性关系，卸载后板变形基本能恢复，说明整个加载过程中板受力处于弹性阶段。板的荷载-挠度曲线如图4所示。

图4 4层A-A1/13-14轴板的荷载-挠度曲线

4层C1-D/9-10轴板在各级荷载作用下，板挠度最大值为1.34 mm，板裂缝宽度有增大趋势，最大裂缝宽度为0.40 mm，在分级加载作用下各级变形量与总变形量均小于理论计算值，且板的荷载-挠度曲线呈线性关系，卸载后板变形基本能恢复，说明整个加载过程中板受力处于弹性阶段。板的荷载-挠度曲线如图5所示。

图5 4层C1-D/9-10轴板的荷载-挠度曲线

4 楼板构件集安全性鉴定分析

4.1 构件安全性鉴定评级

依据GB 50292—2015《民用建筑可靠性鉴定标准》[6]：混凝土结构构件的安全性鉴定，应按承载能力、构造以及不适于继续承载的位移和裂缝等四个检查项目，根据检查项目分别评定每一受检构件的等级，并取其中最低一级作为该构件的安全性等级。

4.1.1 构件承载力评定

通过对4层混凝土板承载能力验算可知，该建筑4层板满足承载能力要求，但考虑到裂缝对板承载能力的影响，结合板荷载试验检测结果，依据GB 50292—2015的第5.1.4条、5.2.2条规定，按承载力暂评定该建筑4层开裂混凝土板的安全性等级均为bu级，未开裂板的安全性等级均为au级。

4.1.2 按构造评定

由现场检测与分析可知，该建筑4层混凝土结构连接稳定可靠，配筋合理，检测板钢筋间距、保护层厚度均满足设计及验收规范要求，依据GB 50292—2015的第5.2.3条，按构造评定该建筑4层板结构构件的安全性等级为au级。

4.1.3 按不适于继续承载的裂缝评定

现场所抽检构件楼板裂缝最大宽度值为0.34 mm，在荷载试验过程中，裂缝宽度有所增加至0.4 mm，卸载后板最大裂缝宽度为0.38 mm，整个加载过程板最大裂缝宽度均<0.5 mm，依据GB 50292—2015的第5.2.5条规定，按裂缝暂评定该建筑4层开裂板结构构件的安全性等级为bu级，其他未开裂板结构构件安全性等级为au级。

4.2 构件集安全性鉴定评级

该建筑4层板为一般构件，依据GB 50292—2015的第7.3.6条，结合各混凝土板构件安全性评定结果，评定该建筑4层板结构安全性等级为Bu级，安全性略低于该标准对Au级的要求，尚不显著影响整体承载。

4.3 楼板开裂对结构安全性影响鉴定分析

整个加载过程板最大裂缝宽度均小于CECS 293—2011《房屋裂缝检测与处理技术规程》中表5.3.1对室内干燥环境下一般受弯构件裂缝修补处理的宽度限值(0.5 mm)，但达到了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)钢筋混凝土一般构件裂缝最大宽度限值(0.3 mm)，裂缝可能对钢筋混凝土板耐久性造成一定的影响，故需进行修补。

5 结语

按照现行规范鉴定结构安全性，关键在于结构承载能力的确定。一般是根据现行设计规范和标准进行简单的承载能力复核，但是往往因为计算方法、计算软件以及现场检测数据资料等因素影响，难以得到真实的结构承载能力。在该案例中，通过现场调查，检测混凝土强度、板厚、钢筋间距及保护层厚度，得到板混凝土强度、钢筋间距及保护层厚度、楼板厚度等均满足设计和验收规范要求。通过对典型开裂楼板进行荷载试验，发现该房屋所检楼板在试验荷载的分级加载作用下各级变形量与总变形量均小于理论计算值，板受力处于弹性阶段。通过对该房屋4层板构件集安全性评定可知，该房屋4层板结构安全性等级为Bu级，尚不显著影响整体承载。

该房屋4层楼板裂缝可能是由混凝土早期干缩及变形(上荷过早)、养护不到位、温度应力等原因造成，对钢筋混凝土板耐久性造成一定的影响，应采取注浆法进行加固处理。