無梁樓蓋原位加載試驗研究

羅雄浩

（廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司）

無梁樓蓋是一種樓板直接支承在柱上或墻上，樓面荷載直接由板傳至豎向構件，再通過豎向構件傳至基礎的板柱結構體系。這種結構傳力簡捷，增大了樓層凈空，具有突出的經濟效益。隨著城市建設持續發展，越來越多的無梁樓蓋出現在工程應用中，無梁樓蓋的坍塌事故也時有發生。本文以某項目地下室無梁樓蓋荷載試驗為案例，探討原位加載試驗在無梁樓蓋中的應用。

1 工程背景

某項目主體為地下2層，地上30層的鋼筋混凝土框架剪力墻結構，地下室部分區域采用無梁樓蓋。由于施工荷載不利工況考慮不足、覆土施工超載導致托板與頂板交界處發生沖切破壞，進而導致地下室頂板局部垮塌。事后建設方委托了具備相關資質的單位對該項目地下室局部區域進行了設計加固施工，后續也對無梁樓蓋進行原位加載試驗，以檢驗加固后無梁樓蓋的承載能力，評估其是否滿足正常使用極限狀態要求。

2 試驗內容

2.1 試驗荷載取值

根據《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T 50152-2012）第9.1.6條及9.1.7條的規定，僅檢驗無梁樓蓋構件在正常使用極限狀態下的撓度、裂縫寬度，試驗的最大加載限值宜取使用狀態試驗荷載值，對鋼筋混凝土結構構件取荷載的準永久組合。計算加載值時應扣除構件自重及加載設備的重量[1]。其中樓板的附加恒荷載為4.5kN/m2，活荷載標準值為2.5kN/m2，準永久值系數為0.6。因此，本次試驗最大加載限值為4.5+2.5×0.6=6.0kN/m2。

2.2 加載方法

為充分模擬設計要求的均布荷載，本試驗采用注水加載方法。在試驗區樓板上方砌筑水池，做好防滲漏措施，采用高壓水泵進行注水，以注水高度來控制加載值。試驗時分級均勻注水，在達到使用狀態試驗荷載值Qs以前，每級加載值不宜大于0.20Qs，0.20Qs對應的注水高度為12cm，總加載量為60cm注水高度[2]，加載分級見表1。每級荷載下結構變形的測讀在持荷10min 后進行，測讀完畢后再加下一級荷載，并觀察板是否出現受力性裂縫。若無，施加下一級荷載，滿載時持荷時間大于30min 后觀測變形，讀完后進行逐級卸載，每級持荷10min后讀數，全部卸荷60min后觀測結構殘余變形量。

表1 加載分級

2.3 變形觀測點布置

無梁樓蓋的結構受力體系與梁板結構相比存在明顯區別，根據離柱的距離和正負彎矩的開展程度可將板分為兩部分，距離柱四分之一板長部分稱為柱上板帶，其余跨中部分稱為跨中板帶，柱上板帶大約承載四分之三的總荷載，跨中板帶大約承載四分之一的總荷載[3]。其彎矩分布大致如圖1所示。

圖1 無梁樓蓋彎矩分布示意圖

受荷時板截面的不同部位會產生不同彎曲變形。據其變形特點，變形觀測點主要布置在柱上板帶和跨中板帶，共20 個測點。其中框架柱變形測量采用水準儀觀測，在試驗柱上設觀測點，在其他穩定位置設基準點。樓板變形測量采用百分表。變形觀測點布置見圖2。在觀測變形的同時，還應觀測構件是否開裂。試驗加載時根據結構變形及開裂情況采用雙指標控制標準。

圖2 變形觀測點布置圖

3 試驗結果

3.1 試驗檢驗指標

3.1.1撓度檢驗允許值

根據《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T50152-2012）第9.3.2 條規定，對鋼筋混凝土受彎構件，撓度檢驗允許值應按公式⑴計算：

式中：[as]為撓度檢驗允許值，[af]為構件撓度設計的限值，樓蓋構件取l0/250[4]，θ為考慮荷載長期效應組合對撓度增大的影響系數。

本次試驗的樓板軸網跨度為8.0m，構件撓度設計的限值[af]= 8000/250 = 32mm。撓度檢驗允許值[as]=[af]/θ= 32/2 = 16mm。

3.1.2最大裂縫寬度檢驗允許值

根據《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T50152-2012）第9.3.3條規定，構件裂縫寬度檢驗應符合式⑵：

式中：ωs，max為在使用狀態試驗荷載值作用下，構件的最大裂縫寬度實測值；[ωmax]為構件的最大裂縫寬度檢驗允許值。

對于鋼筋混凝土結構在二a 類環境類別，三級裂縫控制等級[4]，設計規范的限值ωlim= 0.20mm。在使用狀態試驗荷載值作用下，構件的最大裂縫寬度實測值應小于檢驗允許值0.15mm。

3.2 試驗結果

每級荷載作用下各變形觀測點的測讀值見表2、3。

表2 每級荷載作用下各測點的位移 （0.01mm）

表3 每級荷載作用下各測點的位移（0.01mm）

3.3 試驗結果分析

每級荷載作用下各觀測點變形示意圖詳見圖3～圖5。在整個試驗過程中，未發現框架柱及頂板出現明顯可見裂縫。在最大試驗荷載6kN/m2作用下，跨中板帶最大變形點(13#測點)的撓度為2.63-(1.46+0.92)/2=1.44mm，柱上板帶最大變形點(7#測點)的撓度為1.48-(0.74+0.72)/2=0.75mm，均小于《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T50152-2012）規定的鋼筋混凝土受彎構件撓度檢驗允許值。卸荷之后，跨中板帶殘余的最大撓度為0.165mm，殘余變形率為11.46%；柱上板帶殘余的最大撓度為0.17mm，殘余變形率為18.67%；試驗構件表現出較好的變形恢復性能[2]。

圖3 各觀測點變形示意圖

圖4 跨中板帶觀測點變形示意圖

圖5 柱上板帶觀測點變形示意圖

4 結論

試驗構件在最大試驗荷載（6kN/m2）作用下的撓度小于規范規定的撓度檢驗允許值。試驗構件在荷載作用下未出現明顯可見裂縫。

因此，該試驗區間無梁樓蓋構件承載力滿足正常使用極限狀態的要求。

5 結語

結構構件承載能力的確定一般是根據現行設計規范和標準進行承載能力復核，但往往因為構件材料實際強度、特性的不同以及計算方法、計算軟件等因素的影響，難以得到真實的結構構件承載能力。本次原位加載試驗直觀、有效地檢驗了正常使用極限狀態下無梁樓蓋構件的承載力，也比較直觀的反映了無梁樓蓋的受力特點，為了解無梁樓蓋結構性能提供了依據，也為原位加載試驗在無梁樓蓋中的應用提供了參考。