鋼筋混凝土梁變形問題分析與探討

李 杰，張占華，肖 燕

（山東省建筑工程質量檢驗檢測中心有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

鋼筋混凝土梁是混凝土結構中主要的受彎構件之一，極易產生變形現象（尤其是大跨度的鋼筋混凝土梁），由于荷載長期作用及徐變等因素影響，會導致梁產生下撓、裂縫等現象。規范對于梁的變形有限值要求，在實際工程中，對于超過限值后梁承載力進行驗算很有意義。根據實際變形產生的原因進行分析和研究，針對不同情況，給出相應的判斷和處理方案，以保證結構和構件的耐久性和安全性。

1 變形的類型及處理辦法

工程上鋼筋混凝土梁常見的變形主要為以下幾種原因：整體變形引起的構件變形、局部變形引起的變形、構件自身變形。

1.1 整體變形原因

建筑結構發生不均勻沉降會引發構件（包含墻柱梁板）的變形，實際工程遇到過由于各種原因引起的地基不均勻沉降。常見情況如首先是地質勘察報告結果不準確，在沒有充分掌握地質情況或地質情況不準確進行施工是常見的原因之一。其次結構各部分基礎荷載差異太大。再次結構基礎類型或參數差別大引發的不均勻沉降。還有就是施工過程中，沒有控制好地下排水等問題會引起地基不均勻沉降。實際工程如圖1 所示。

圖1 墨西哥城地基不均勻沉降引起的整體變形

總而言之，上述各種原因帶來的基礎不均勻沉降，使結構中產生附加應力，一旦超出混凝土結構的抗拉能力，就會導致混凝土梁的變形、開裂等問題。

1.2 局部變形原因

結構主體局部變形引起的單個構件變形。混凝土結構主體局部變形也會帶來鋼筋混凝土柱、梁的變形、下撓、受扭破壞等。發生局部變形的原因多數是因為建筑在施工中部分結構的施工質量沒有控制好，導致局部結構施工質量差，引起局部軸線范圍內的構件變形。實際工程如圖2 所示。

圖2 某市房屋局部變形引起的梁、柱變形及破壞

1.3 自身原因

鋼筋混凝土梁自身設計缺陷或自身施工質量較差等引起的變形。鋼筋混凝土梁變形驗算時，結構設計師存在的計算疏忽問題，以及設計不夠保守都會導致鋼筋混凝土梁變形；施工單位在施工過程中存在偷工減料導致配筋、強度等出現問題都會引起梁承載力不足引起變形。還有就是鋼筋混凝土梁支護模板不標準引起的外觀變形。所以實際工程中首先要判斷是施工質量尺寸偏差還是鋼筋混凝土梁的自身下撓變形。

以下結合某工程實例對鋼筋混凝土梁的變形問題進行進一步的討論和分析。通過詳細地檢測鑒定過程，科學計算和判定，詳細地分析和討論了鋼筋混凝土梁變形的特征和原因及處理方案。實際工程如圖3 所示。

圖3 某市房屋鋼筋混凝土梁變形

2 工程概況

某工程于 2019 年 3 月主體完工，為地上 1 層混凝土框架結構，基礎采用柱下獨立基礎，該工程長度約為50 m，寬度約為 16.0 m。基本雪壓：0.3 kN/m2，基本風壓 0.45 kN/m2，基礎和上部混凝土構件強度等級均為C 30。現場照片如圖4 所示。

圖4 現場照片

3 鋼筋混凝土梁變形分析

3.1 現場調查

對現場鋼筋混凝土梁實際情況進行鑒定分析［1］，主要鑒定內容及步驟如表1、表2 所示。

表1 鑒定情況表

3.2 變形問題研究

鋼筋混凝土梁在主要承受彎矩的區段內，主要由下部縱向受力鋼筋，承擔彎矩所引起的拉力。變形問題就是構件承載力主要是作用力超過了縱向受力鋼筋承載能力。梁不僅承擔彎矩也同時承受剪力作用，所以一般混凝土梁會配置橫向箍筋和斜向鋼筋。斜向鋼筋一般由縱向鋼筋彎起，故也稱彎起鋼筋。為了固定箍筋位置設置架立鋼筋及構造鋼筋，對梁的縱向受力筋可以全部或部分施加預應力。

撓度是結構構件安全的一個重要指標，設計時需要進行承載力的驗算和分析。對于本工程，根據規范要求，撓度限制為 l0/400［2］，l0 為計算跨度。上述表2 中撓度最大值應該是端點高度與跨中變形最大處高度的差，同時需要考慮鋼筋混凝土梁兩端高差。根據上述結果發現：梁的撓度超限超出 20 % 以上的梁，梁底均出現裂縫；而撓度超限未超出 20 % 的梁，梁底均未出現裂縫。

規范規定，混凝土受彎構件可根據構件剛度用結構力學方法計算，均布荷載簡支梁跨中撓度：

式中：q為均布線荷載標準值，kN·m-1；E為鋼的彈性模量，N·mm-2；I為鋼的截面慣矩，mm。

對于開裂構件，式（1）中 B 減小，相應的撓度就變大，加上構件實際承載力減小，因而會導致梁的進一步變形。對于此種說法，清華大學孫海林等對鋼筋混凝土梁長期變形計算進行過詳細地研究和討論［3］。

一旦發現梁存在裂縫后，需要更進一步地了解鋼筋混凝土梁裂縫的詳細數量和位置。現場再次進行重新檢測，檢測計劃為每隔 1 m 進行檢測，且觀察裂縫特征并記錄。檢查發現除撓度最大位置（跨中）外，其他位置均未發現裂縫。由此可以判斷裂縫是由變形引起，且梁下撓屬于構件自身原因。查閱圖紙和施工技術資料，該工程原設計不夠保守，加上施工單位對于大跨度梁施工經驗不足，在施工過程中沒有合理的施工方案和監測方案對于鋼筋混凝土梁起拱的控制。

針對上述變形，需要對該工程變形的鋼筋混凝土梁進行加固處理，以保證屋蓋結構的安全。

4 防治措施

4.1 設計方面

對于大跨度的建筑結構中的梁，設計人員應保守設計，從梁的配筋數量、次梁的個數及受力構件布置等角度進行構件設計和計算，并在計算過程中考慮鋼筋混凝土梁的長期變形。對于大跨度的特殊建筑，應該對不同結構形式進行詳細的分析和比較，防止出現大跨度梁的變形問題。

4.2 施工方面

對于大跨度結構建筑，施工過程根據制定的施工方案和監測方案，對大跨度構件變形做好控制，防止出現為搶奪工期，控制不好施工質量導致的構件變形等問題；對于大跨度結構施工技術人員，應該學習以往工程的實際施工經驗，認真研究結構圖紙，根據圖紙上對于大跨度梁坡度等要求進行施工和控制，從控制整體變形角度，確保圍護結構整體均衡受力，在轉角部位應采取加強措施。

防止不均勻沉降是防止變形的有效措施。對于軟土地區的支護體系插入深度應達到滿足穩定要求的較好下臥土層，若坑底土層均較軟弱，須加固被動區土體，并在基坑開挖前進行，預留充分的養護期。采用預應力鋼管或型鋼支撐以減少墻體位移。施工時縮短基坑暴露時間，減少后期變形，基坑暴露后須及時鋪筑墊層。

對于預應力的鋼筋混凝土梁的變形防治措施，首先是混凝土原材料的選取，這種方式主要是可以控制混凝土徐變對預應力的影響，主要內容有：配合比選取、外加劑的質量和數量把控；其次是預應力的控制，主要方式有預應力張拉程序的控制；再次是安裝質量的檢查，主要是管道變形、漏漿等病害檢查，可以使摩阻力減小，預應力損失降低；然后嚴格控制錨具安裝，減少錨口預應力損失。預應力管道定位應準確、牢固，以較小預應力與設計中心的偏離。最后是施工監控，對于重大工程混凝土澆筑的質量等進行實時監控，以防止超載而引起撓度偏差。工程實際監測照片如圖5、圖6 所示。

圖5 實際工程采用設備進行監測

圖6 技術人員監測

5 處理辦法

對于上述工程實例，應由設計院單位出具合理的加固設計方案，本文列舉兩種加固處理方法，具體方案如下所示。

1）鋼筋混凝土梁碳纖維加固。對鋼筋混凝土梁的裂縫采用環氧樹脂類裂縫修補膠壓力注漿并封閉裂縫。具體施工方法應按照 CECS 293∶2011《房屋裂縫檢測與處理技術規程》［4］等相關規范要求進行。對于變形的鋼筋混凝土梁根據現場及實際情況建議粘貼碳纖維加固，采用一級、單位面積質量為 300g/m2的碳纖維和 A 級結構膠，材料性能應符合 GB 50728－2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》［5］的要求、且結構膠應通過耐長期應力作用能力的檢驗。

2）鋼筋混凝土梁增大截面加固。①根據加固施工規范要求，搭設腳手架及模板等，并確保安裝牢固；②對鋼筋混凝土梁底部進行鑿毛處理，將鋼筋混凝土梁底部沿梁長度方向每邊預留 30～50 mm 鉆雙排孔，孔徑為 8 mm，間距 250 mm，孔深大于 10 倍直徑；③植筋：采用質量較好的植筋膠將雙孔內植入 L 形圓鋼，等到凝固后，綁扎圓鋼兩根，隨后將一層小于梁底寬度鋼絲網片鋪設在橫向鋼筋上，以防脫層等問題；④為了使沿梁底鋪設鋼絲網片方便，將梁底下撓的最底部保護層鑿除；⑤支梁底模：底模面距剔鑿后的梁底下撓部位≥25 mm，并保證底模安裝符合規范，側模采用鋼管步步緊及木橋加固；⑥澆筑細石混凝土：在灌注口一側澆筑細石混凝土，并進行插搗，以確保混凝土澆筑質量；⑦表面處理：在澆筑后第二天及時拆除側模，將表面剔鑿平整，用純水泥砂漿抹面收平；⑧待新澆混凝土強度達到設計強度可拆模板。

6 結語

本文根據鋼筋混凝土梁變形進行討論和分析，總結出了鋼筋混凝土梁變形的幾個主要原因。通過對某工程中鋼筋混凝土梁下撓變形進行研究和討論，提出鋼筋混凝土梁變形超限值與構件產生裂縫有相應的關系，并針對出現的變形提出了相應的防治措施，根據實際工程實例，給出了兩種不同加固處理方案。Q