轉換層以下結構構件大量開裂現象分析

林志昆，謝 孝，羅 文，陳 進

(中國人民解放軍后勤工程學院軍事建筑工程系，重慶401311)

建筑構件開裂是影響建筑耐久性的重要原因，同時也會帶來嚴重的安全隱患和經濟損失。本文分析的建筑為高層住宅，建筑面積為32 656.19 m2，共38層，在施工過程中出現轉換層以下的鋼筋混凝土梁、板開裂現象，且數量較大，通過對該建筑進行檢測分析，所得結論對該類高層住宅施工有較強的指導意義。

1 工程概況

圖1 －4層結構平面

圖2 轉換層結構平面

某工程下部4層為商業用房，結構形式為框架剪力墻結構，－0.400 m標高層為轉換層(－2.800～0.400 m);采用梁板式轉換層，轉換層混凝土梁板設計C55，其余所有混凝土梁板均使用C30，混凝土墻、柱設計強度等級:－4層～4層使用C55，5～8層使用C50，9層以上每4層混凝土強度降低一個等級，降至C30后均使用C30。該工程的梁采用HRB400型鋼筋，板使用冷軋帶肋鋼筋。轉換層以上為短肢剪力墻框架結構，混凝土墻體厚度200 mm。

2 建筑物損傷情況

從現場統計的裂縫形式及數量來看，裂縫多數為豎向分布，少數斜向分布，從－4層～－1層均有分布，梁板式轉換層未出現明顯異常情況。

表1 裂縫數量統計

圖3所示梁底部及側面分布有多達14條以上裂縫，位于－1層，裂縫多為垂直狀態，少數為斜向裂縫，裂縫最大寬度在0.2 mm以下。多數裂縫基本與箍筋重合，梁底部裂縫較多，相對較細，側面裂縫一般對稱出現，在梁側中下部相對較寬。

圖4所示梁底部及側面分布有多達10條以上裂縫，位于－2層，裂縫為垂直狀態，裂縫最大寬度在0.15 mm以下，基本與箍筋重合，且與板裂縫連續。

圖5所示梁側面分布有多達9條以上裂縫，位于－3層，裂縫多為垂直狀態，裂縫最大寬度約0.2 mm，裂縫基本與箍筋重合，裂縫在梁兩側對稱出現，在梁側中部相對較寬。

圖6所示為板裂縫，位于－4層，這種裂縫主要分布在鋼筋混凝土柱周邊的板上，裂縫形式沒有明顯規律，既有角部裂縫，也有板中部裂縫，既有斜向裂縫，也有平行板邊裂縫，單塊板一般只有1條裂縫，裂縫較長，約1～3 m，該類裂縫多有水漬，部分有漏水現象，為貫穿性裂縫，裂縫寬度在0.1～0.3 mm之間。

圖3 －1層梁裂縫示意

圖4 －2層梁裂縫示意

圖5 －3層梁裂縫示意

圖6 －4層柱邊板裂縫

從分布區域來看，該建筑轉換層以下裂縫梁既有框架主梁，也有樓蓋次梁和剪力墻連梁，裂縫特征基本一致，即梁上裂縫多呈垂直狀態，裂縫多且細(寬度多0.15 mm以下)，裂縫位于梁側中下部居多，約一半貫穿梁底部，梁跨中部分布較多且密集，基本與梁箍筋重合，裂縫既出現在箍筋保護層偏薄的區域，也出現在箍筋保護層正常的區域，即出現在梁縱筋保護層較大的區域，也出現在縱筋保護層正常的區域。

3 分析

3.1 梁垂直裂縫形成原因

由于轉換層澆筑混凝土體量大，施工荷載較大，故該工程轉換層澆筑時，下部支撐經過專門設計，采用密集鋼管架支撐(滿堂腳手架)，立桿使用木枋墊，支撐從地下室地面做起，設計方案中下部樓蓋均不考慮受力。

在轉換層澆筑時，此時轉換層以下樓層的滿堂腳手架形成了多層模板支撐體系，隨現澆結構混凝土強度的增長，多層模板支撐體系通過支撐不斷向結構傳遞內力，在支撐體系與主體結構之間發生內力交替，使樓板結構逐漸承擔上部荷載，而模板支撐體系逐步退出工作。

但由于施工過層中木枋墊因承受較大的荷載產生了變形，變形通過多層模板支撐體系的荷載傳遞致使養護期的混凝土梁、柱及板所組成的臨時承載系統承受了較大荷載，使得上部樓蓋梁成為拉彎受力構件，當拉應力超過混凝土極限抗力能力時，混凝土梁產生裂縫現象[7、8]。

同時該工程設計使用HRB400鋼筋作為梁的主筋，該類鋼筋雖節約鋼材，但在同樣的荷載作用下，其變形較大，這可能會導致在施工荷載作用下梁進入帶裂縫工作狀態，或者在墻柱與樓蓋梁板混凝土強度等級差距大的情況下(即梁有拉應力情況下)更易開裂。

3.2 混凝土墻、筒體附近區域梁板裂縫形成原因

根據設計圖紙要求，在轉換層以下樓層中，墻柱與樓蓋梁板混凝土強度等級差距大(墻柱C55、C50，梁板C30)，由于高強混凝土水泥用量大多在450～600 kg/m3，是普通混凝土的1.5～2倍，在混凝土生成過程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普通混凝土，出現收縮裂縫的機率也大于普通混凝土，同時由于鋼筋混凝土柱截面尺寸較大，筒體體量較大，強度等級高，水泥用量大，水化熱大，收縮較大，直接導致與柱或、筒體相連的梁和板承受較大拉應力，筒體的收縮易導致梁、板出現裂縫[6]。

4 結論

該高層住宅的墻、柱與樓蓋梁板之間混凝土強度等級差距較大，梁內存在因墻、柱混凝土收縮產生的拉應力，同時施工過程中因為多層模板支撐體系存在薄弱層令梁又承受了較大荷載，因此在內外因共同作用下產生了較大范圍的構件開裂現象。

針對以上分析及結論，建議在施工過程中做到:

澆筑時間盡量安排在夜間，最大限度地降低混凝土的初凝溫度。白天施工時，可在沙、石堆場搭設簡易遮陽裝置，或用濕麻袋覆蓋，必要時向骨料噴冷水。混凝土泵送時，在水平及垂直泵管上加蓋草袋，并噴冷水[6]，同時為避免因木枋墊變形而產生的立桿下沉，多層模板支撐體系的立桿的下端應支撐在樓面鋪設的通長木板上設置的鋼墊塊上[9]。

[1]GB/T50344－2004建筑結構檢測技術標準[S]

[2]GB 50204－2002混凝土結構工程施工質量驗收規范[S]

[3]GB 50007－2002建筑地基基礎設計規范[S]

[4]JGJ/T8－1997建筑變形測量規程[S]

[5]GB 50021－2001巖土工程勘查規范[S]

[6]李磊，程云杉.高層混凝土結構中幾個主要受力部位的裂縫分析及控制[J]. 河南大學學報，2002，32(1):80－42

[7]林璋璋，楊俊杰.多層模板支撐體系受力的實測分析[J].施工技術，2005，34(3):20－23

[8]林璋璋.多層模板支撐體系的時空分析[D].杭州:浙江工業大學，2005

[9]李永貴.高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層施工技術研究[D].長沙:湖南大學土木工程學院，2006