某高層住宅預制樓梯靜載試驗與分析

劉煉凱（廣東建粵工程檢測有限公司）

某高層住宅預制樓梯靜載試驗與分析

劉煉凱
（廣東建粵工程檢測有限公司）

通過對廣州某高層住宅預制樓梯進行荷載試驗，得出該預制樓梯在試驗荷載作用下的變形情況，結果表明該預制樓梯滿足正常使用極限狀態和承載能力極限狀態的要求。

荷載試驗；承載力；撓度；裂縫

1　工程概況

廣州某高層住宅建筑一期5#樓為28層框架-剪力墻結構，安全等級為二級，結構設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度。由于該建筑樓梯采用預制裝配式，為確保使用安全，現選取該建筑第20層的一塊預制樓梯進行非破壞性荷載試驗，混凝土強度等級為C30，構件高度為3.185m，寬度為1.330m，計算跨度取5.200m。恒荷載（含自重）=7.1kN/m2、活荷載=3.5kN/m2。

2　試驗方案

2.1 最大試驗荷載

根據GB50152-2012《混凝土結構試驗方法標準》和GB50204-2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》的要求，本次試驗，在驗證正常使用極限狀態的時候試驗荷載取3.5kN/m（2取標準組合，扣除自重），在驗證承載能力極限狀態的時候試驗荷載取9.0kN/m2，為內力組合設計值與結構重要性系數、承載力標志對應的加載系數的乘積。

即：

（1.2×7.1+1.4×3.5）×1.0×1.2-7.1=9.0kN/m2

其中，結構重要性系數取1.0；

承載力標志對應的加載系數按裂縫和撓度控制，取1.2 。

2.2 試驗荷載分級

按GB50152-2012《混凝土結構試驗方法標準》的要求，本次試驗加載分10級，卸載分2級。樓梯試驗開始前進行預加載，檢驗支座是否平穩，百分表是否正常。預加荷載值可取正常使用極限狀態下試驗荷載的50%。將1.330m寬梯板劃分為五個1330mm×1040mm的區域，面積為1.38m2，按每一個區域分級加載。具體試驗加、卸載情況見表1。

2.3 試驗方法

荷重采用砂包，砂包重量62.1kg/袋不少于100袋。試驗前對砂包重量進行過磅，試驗時按每級施加荷載量所需的砂包重量、袋數，用人工均布地搬放在結構構件上。試驗過程中，如果出現撓度超過限值、撓度快速增加并無收斂趨勢、裂縫寬度超過限值或者裂縫寬度快速增加并無收斂趨勢等情況，及時終止試驗。

2.4 樓梯變形觀測與觀測點布設

表1　試驗加、卸載分級及各級加、卸載量

樓梯在荷載作用下產生的變形采用百分表測量，裂縫觀測采用JC-10型讀數顯微鏡。變形觀測點布設在梯板兩支座點、四分之一點以及跨中點，兩側各5個測點，共10個測點，測點布置圖詳見圖1。

圖1　試驗樓梯測點布置及編號示意圖

2.5 樓梯撓度變形值及最大裂縫寬度控制

樓梯在試驗加載過程中的撓度變形值及最大裂縫允許值按GB 50010-2010《混凝土結構設計規范》的規定嚴格控制。本次試驗受彎構件的撓度限值為L0/200=5200/200=26mm（L0＜7m）；最大裂縫寬度限值為0.30mm。

3　評定標準

3.1 正常使用極限狀態進行評定標準

⑴結構構件荷載達到要求的試驗荷載；

⑵在要求的試驗荷載作用下，對于計算跨度L0＜7m的受彎構件，其最大撓度≤L0/200；對于計算跨度7m≤L0≤9m的受彎構件，其最大撓度≤L0/250；

⑶在最大試驗荷載作用下，結構構件所產生的裂縫最大寬度≤0.30mm。

當同時滿足上述三項條件時，評定該結構構件滿足

正常使用極限狀態要求。

3.2 承載能力極限狀態進行評定標準

γ0為結構重要性系數；

［γu］為構件承載力檢驗系數允許值。

如加載至最大試驗荷載值，仍未出現任何承載力標志，則應停止加載并判斷構件滿足承載力要求。

4　試驗結果及分析

4.1 正常使用極限狀態

⑴樓梯變形測量結果（見表2、表3），荷載-變形曲線見圖2～3。

表2　樓梯變形測量結果

圖2　1#測點～5#測點荷載-變形曲線圖

表3　樓梯變形測量結果

圖3　6#測點～10#測點荷載-變形曲線圖

⑵撓度計算

根據上述各測點的變形值，該樓梯加載到正常使用極限狀態下試驗荷載時（第三級荷載）各點撓度值如表4所示。

由表4可知，最大撓度點在跨中位置。對跨中撓度進行支座沉降的修正，修正量則在正常使用極限狀態試驗荷載作用下，跨中撓度為3.72-0.69=3.03mm＜L0/200=5200/200=26mm（L0＜7m），滿足要求。

⑶樓梯裂縫觀測結果

試驗在加載過程中，在跨中及四分之一跨處梯板底出現了微裂縫，第一級荷載加載后出現1～3號裂縫，第二級加載后出現4號和5號裂縫，第三級加載后1～5號裂縫寬度稍有加寬，范圍在0.08～0.20mm之間，裂縫編號詳見圖4。即該樓梯達到正常使用極限狀態試驗荷載時，最大裂縫寬度未超過GB50010-2010《混凝土結構設計規范》規定的0.30mm最大裂縫寬度限值，滿足要求。

表4　撓度計算

圖4　試驗梯板裂縫位置及編號示意圖

4.2 承載能力極限狀態

試驗加載達到承載能力極限狀態試驗荷載時，未出現GB50152-2012《混凝土結構試驗方法標準》表7.3.3中所描述的承載力標志，因此，評定該樓梯構件滿足承載力要求。

5　結論

通過對上述樓梯靜載試驗結果綜合分析，得出如下結論：

⑴該樓梯在試驗荷載3.5kN/m2作用下，撓度和裂縫符合規范要求，滿足正常使用極限狀態的要求；

⑵該樓梯在最大試驗荷載9.0kN/m2作用下，未出現承載力標志，滿足承載能力極限狀態的要求。

［1］GB50204-2015混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.

［2］GB50152-2012混凝土結構試驗方法標準［S］.

［3］GB50010-2010混凝土結構設計規范［S］.

［4］GB50009-2012建筑結構荷載規范［S］.