現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓板底模拆除的施工驗算

近年來，高層及多層現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已成為建筑工程施工中最常見的結(jié)構(gòu)體系，隨著施工技術(shù)水平的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)施工周期明顯加快，在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程施工過程中，模板工程既是保證混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是影響施工成本的重要項目，加快模板周轉(zhuǎn)對于提高施工速度、降低成本有著重要的影響，其中梁板模板拆除時間的影響最為重要，近年來，各種梁板模板快拆體系由此應(yīng)運而生。對于梁板模板的拆除，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》GB50204-92有著明確的要求，規(guī)范第2.4.1條規(guī)定：現(xiàn)澆混凝土梁板底模拆模時混凝土的強度要求為：板跨度≤2m時,底模拆除時混凝土強度應(yīng)達到設(shè)計強度的50％；2m≤板跨度≤8m時,應(yīng)達到設(shè)計強度的75%;梁跨度≤8m時，達到設(shè)計強度的75％；梁跨度>8m時，應(yīng)達到設(shè)計強度的100％；懸臂梁板跨度≤2m時,應(yīng)達到設(shè)計強度的75％；懸臂梁板跨度>2m時,應(yīng)達到設(shè)計強度的100％。同時，規(guī)范第2.4.4條規(guī)定：已拆模板結(jié)構(gòu)達到設(shè)計強度后才允許承受全部計算荷載，當(dāng)承受施工荷載大于計算荷載時，必須經(jīng)過核算，加設(shè)臨時支撐。然而在實際施工過程中，很多施工技術(shù)人員只注重模板拆除時的構(gòu)件強度要求，忽略了規(guī)范中關(guān)于施工荷載驗算的要求，通常以保證構(gòu)件拆模強度同時保證連續(xù)三層支頂?shù)牧?xí)慣做法替代了必要的驗算（實際存在二層、三層連續(xù)支頂轉(zhuǎn)換期），這種做法給工程施工質(zhì)量帶來了較大的隱患，最常見的后果就是造成梁板混凝土裂縫的出現(xiàn)，并由此引發(fā)相關(guān)各方對于結(jié)構(gòu)安全性的爭議，本文將結(jié)合新世界商業(yè)回遷樓工程負一層頂板開裂的工程實例，對這一問題進行探討。1．工程概況平面呈“L”形，現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下負三層層高3.6m，地下負二層層高4.0m，負一層層高5.7m，首層至五層4.5m，六層以上層高3.4m，六層以下為梁板體系，六層以上為無梁樓蓋體系，主要柱網(wǎng)尺寸為8m×8m，在平面施工組織上劃分為兩個施工區(qū)域，每區(qū)3個流水段，頂板模板按三個樓層配置，地下室部分單層施工周期為25天，正負零以上每樓層施工周期為12天，工程于2000年5月12日完成正負零板面施工，六月中旬三層頂板澆筑結(jié)束，其后發(fā)現(xiàn)負一層第四流水段4塊8m×8m頂板板底出現(xiàn)水跡，板底開裂，裂縫發(fā)展方向沿板對角線及其平行方向，最大裂寬0.25mm，經(jīng)查，結(jié)構(gòu)用鋼筋及混凝土均符合設(shè)計要求，該段頂板模板拆除時間為澆筑后24天，齡期為7天的混凝土同條件試塊強度為26.7Mpa，達到設(shè)計強度的89%,施工前未做施工荷載下結(jié)構(gòu)承載力及正常使用極限狀態(tài)驗算，只作了保證連續(xù)三層支頂?shù)囊?，負一層頂板模板拆除是在二層頂板混凝土澆筑兩天后進行的，拆除后未做二次支頂。根據(jù)以上情況和板底裂縫形態(tài)，初步判定為施工期間荷載引起的裂縫，根據(jù)現(xiàn)場實際施工狀況，作以下分析驗算。2．計算模型的建立2．1不利承載狀態(tài)的確定我們將負一層頂板標(biāo)定標(biāo)定為FO層，考慮其隨結(jié)構(gòu)施工的實際承載過程，確定了三個承載狀態(tài)階段，如圖1至圖3所示。F2/注：為結(jié)構(gòu)樓板F2/齡期圖1所示為FO層板底模未拆除，且二層頂板澆筑完畢后三層連續(xù)支頂均保留的階段，在不考慮模架系統(tǒng)變形，即假定模架系統(tǒng)剛度無限大的情況下，除F2層荷載的一部分傳遞至FO層外，其他大部分荷載均由負二層頂板承擔(dān)，對于F0層頂板而言，圖1所示狀態(tài)并非不利荷載狀態(tài)。圖2為F2層板混凝土澆筑后兩天FO層板底模拆除，期間FO層板承受F1層荷載及F2層傳遞的部分荷載，雖然該階段FO層板承受荷載并非最大，但混凝土齡期較短，強度較圖3階段低，應(yīng)作驗算。圖3階段顯示F3層頂板混凝土澆筑完畢且F1層支撐系統(tǒng)尚未拆除時的狀態(tài)，該階段FO層板承受荷載最大，應(yīng)作驗算。2．2計算參數(shù)的確定板厚h＝180mm，混凝土保護層為15mm，截面有效高度ho=159mm，板內(nèi)下鐵為Ⅱ級鋼，雙向φ12@200，每米板寬鋼筋截面面積As＝565m2，鋼筋彈性模量Es＝2.0×105N/mm2，混凝土設(shè)計強度等級為C30，混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值ftk＝2.0N/mm2，混凝土彈性模量Ec＝3.0×104N/mm2，根據(jù)所確定的結(jié)構(gòu)不利荷載狀態(tài)，相關(guān)各齡期混凝土彈性模量按下式計算：E(τ)=E0（1－e）其中τ為齡期（dE0＝3.0×104N/mm2，由此可計算得出個齡期混E（121.98×104N/mm2，E（142.15×104N/mm2，E（24）=2.65×104N/mm2，E（26）＝2.71×104N/mm2，E（36）＝E0=3.0×104N/mm2。不利荷載狀態(tài)下相應(yīng)齡期的混凝土抗拉強度值可按下式計算：f(τ)=0.8ftk（lgτ)f（262.01N/mm2，計算值大于ftk，所以值為2.0N/mm2。2．3計算荷載的確定樓層荷載由三部分組成，即結(jié)構(gòu)板自重、模架系統(tǒng)自重、作業(yè)面施工活荷載，分別計算如下：結(jié)構(gòu)板自重：g＝24×0.18＝4.32KN/m2模架系統(tǒng)自重：現(xiàn)場施工采用碗扣式模板支架，主要材質(zhì)為Φ48鋼管，立桿間距1.4m，配可調(diào)托，主龍骨為200高工字木梁，次龍骨采用50×100木方，模板采用15mm厚竹膠板，施工中模架系統(tǒng)自重頂層作業(yè)層施工活荷載：q＝2.5KN/m2根據(jù)以上計算，得到相關(guān)樓層施工荷載的計算結(jié)果如下：頂層作業(yè)層計算荷載：g＝4.32＋2.5＝6.82KN/m2作業(yè)層以下樓層計算荷載：g＝4.32＋0.9＝5.22KN/以上計算荷載為施工實際荷載，由于為驗算過程，所以實際計算中，荷載不再乘分項系數(shù)，如為施工前控制計算，則應(yīng)考慮恒載和活載的分項系數(shù)。2．4計算模型的確立根據(jù)圖2、圖3所示不利荷載狀態(tài)，取1m寬板帶為計算單元，得到不利荷載狀態(tài)下荷載布置圖，如圖4、圖5所示。/圖4由于施工荷載是分階段疊加的，各樓層板除承擔(dān)本層計算荷載外，還應(yīng)承擔(dān)其以上樓層通過支撐系統(tǒng)傳遞來的部分荷載，為簡化計算，驗算過程中對結(jié)構(gòu)采用線彈性分析方法，假定模板支撐系統(tǒng)剛度無限大，則荷載可按樓板結(jié)構(gòu)剛度分配。由于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件剛度B與混凝土彈性模量E和截面慣性矩I成線性關(guān)系，同時各樓層構(gòu)件截面特征及寬度均相同，所以荷載可按樓層混凝土彈性模量加權(quán)值進行分配，其中頂層施工層荷載因混凝土齡期較短，可以認(rèn)為其樓層荷載全部由其下層混凝土承擔(dān)，由此可得到FO層板在圖2（兩層連續(xù)支頂）和圖3（三層連續(xù)支頂）狀態(tài)下的計算荷載值：兩層連續(xù)支頂狀態(tài)下FO層板計算線荷載：g1＝5.425.22＋6.82）×E26/（E14＋E2611.93KN/m三層連續(xù)支頂FO層板計算線荷載：g2＝5.22＋5.22×E36/（E24＋E365.22＋6.82）×E36/（E12＋E24+E36）=5.22＋2.77＋4.73＝12.72KN/m考慮實際結(jié)構(gòu)板為連續(xù)板，驗算中按三跨連續(xù)板考慮，得到FO層板施工驗算計算簡圖，如圖6、圖7所示。g1=11.93KN/m（g2=12.800080008000由此查結(jié)構(gòu)計算手冊相應(yīng)表格可得相應(yīng)中跨跨中最不利彎矩值：兩層連續(xù)支頂狀態(tài)下FO層板最不利荷載下跨中彎矩值：M1＝0.025×11.93×82＝19.10KN.m三層連續(xù)支頂狀態(tài)下FO層板最不利荷載下跨中彎矩值：M2＝0.025×12.72×82＝20.35KN.m施工驗算按圖6、圖7兩荷載狀態(tài)，每種狀態(tài)分別進行正截面承載能力和正常使用極限狀態(tài)下的裂縫控制驗算，計算按GBJ10－89《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》所確定的相關(guān)公式進行，計算中不考慮剪力3．1兩層連續(xù)支頂狀態(tài)下驗算受彎構(gòu)件荷載短期效應(yīng)組合下受拉鋼筋應(yīng)力按下式計算，將2.4節(jié)中最不利荷載下彎矩值及2.2節(jié)中相應(yīng)計算參數(shù)代入其中，并換算兩層連續(xù)支頂狀態(tài)下FO層板受拉鋼筋應(yīng)力值：ss＝M1/0.87hoAs＝19.10×106/（0.87×159×565）=244.38N/mm2以上正截面受拉鋼筋應(yīng)力計算結(jié)果小于受拉鋼筋設(shè)計強度值fy＝310N/mm2，由此可知FO層板在兩層連續(xù)支頂不利荷載作用下，其正截面承載力滿足要求。3．1．2正常使用極限狀態(tài)下裂寬驗算最大裂縫寬度采用下式計算：式中：x－裂縫間縱向受拉鋼筋的應(yīng)變不均勻系數(shù)；c－最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離（mm在本算例中，c＝15，按規(guī)范要求，當(dāng)c小于20時，取c＝20mm；d－鋼筋直徑（mm本工程d＝12mm；v－縱向受拉鋼筋表面特征系數(shù)，對變形鋼筋取v＝0.7；et在本工程中ρet＝565/（0.5×1000×1800.00628=1.1－0.65×2.0/（0.00628×244.38）=0.25x值計算結(jié)果小于0.4，按規(guī)范要求取x＝0.4最大裂縫寬度計算：（2.7×20＋0.1×12/0.00628）×0.7/（2.0×105）=0.17mm3．2三層連續(xù)支頂狀態(tài)下驗算三層連續(xù)支頂狀態(tài)下FO層板受拉鋼筋應(yīng)力值：ss＝M2/0.87hoAs＝20.35×106/（0.87×159×565）=260.37N/mm2計算結(jié)果小于受拉鋼筋設(shè)計強度值，可知FO層板在三層連續(xù)支頂不利荷載作用下，其正截面承載力滿足要求。3．2．2正常使用極限狀態(tài)下裂寬驗算=1.1－0.65×2.0/（0.00628×260.37）=0.30按規(guī)范要求，x值同樣取為0.4。最大裂縫寬度計算：（2.7×20＋0.1×12/0.00628）×0.7/（2.0×105）=0.19mm4．現(xiàn)場加載試驗以上計算結(jié)果表明，板底雖然出現(xiàn)開裂，但其正截面承載能力仍符合設(shè)計要求，為了進一步證明這一點，在F1層頂板支撐拆除后，我們根據(jù)設(shè)計荷載的要求，作了現(xiàn)場加載試驗。該工程設(shè)計功用為商場，設(shè)計允許使用荷載為3.5KN/m2，地面面層做法為100厚樓43，大理石面層，荷載為1.9KN/m2，總計5.4KN/m2，現(xiàn)場加載采用300高紅機磚滿跨均勻布置，加載重量為5.6KN/m2，加載后經(jīng)觀察，未見裂縫進一步開展。5．驗算結(jié)論分析5．1以上驗算結(jié)果驗證了施工荷載是引起板開裂主因的判斷，同時根據(jù)裂寬計算結(jié)果，我們可以判斷出在兩個結(jié)構(gòu)板不利承載階段中，F(xiàn)0層板底模板拆除后的兩層連續(xù)支頂狀態(tài)階段是引起板開裂的首要階段，在這一階段中，其計算裂寬值占最終計算裂寬值的90%，施工中應(yīng)著力改善這一階段的荷載傳遞與分配狀況。5．2在連續(xù)三層支頂階段，底層板承受的荷載值最大，所以應(yīng)在其頂層施工荷載繼續(xù)增加之前適時拆除其底層支撐系統(tǒng)，而改用二次支撐，通過調(diào)整荷載的傳遞與分配來改善底層板的承載值。5．3對于計算裂寬小于實際測量值的問題，首先與我們選取的計算模型有關(guān)，即由于上述計算是以單向板帶為研究對象，如考慮板帶雙向應(yīng)力組合，則其主拉應(yīng)力應(yīng)為板對角線方向，其值應(yīng)大于計算值，則現(xiàn)場實際裂縫形態(tài)將與驗算結(jié)果相符。在此之外，我們分析還有三種可能影響因素，一是施工期間除正常施工荷載外，個別板面存在異常堆載，這一點也是本工程只出現(xiàn)個別板裂的主要原因。二是混凝土收縮的影響；三是地下一層層高5.7m，不排除局部模架支撐系統(tǒng)可能存在剛度不足的問題，進而影響板的變形開裂?；谝陨嫌嬎憬Y(jié)果分析，同時根據(jù)加載試驗結(jié)果，我們可以確定板承載力完全滿足設(shè)計要求，無需加固處理，這一點得到了業(yè)主、對開裂的板采用環(huán)氧樹脂對裂縫進行了封閉處理。同時為防止后續(xù)樓層出現(xiàn)類似問題，我們一方面對施工荷載進行了嚴(yán)格的控制，除正常施工荷載外，嚴(yán)格控制板面異常堆載現(xiàn)象的發(fā)生，另一方面對支撐方撐拆除時增加了二次支撐的要求，二次支撐與模板原支撐拆除同步進行，隨拆隨支，間距2.5m，通過調(diào)整上層荷載的傳遞和分配來降低底層結(jié)構(gòu)板的荷載值。由于采取了有效措施，在后續(xù)結(jié)構(gòu)施工過程消除了板裂現(xiàn)象的發(fā)生，施工效果良好，該工程在2000年度結(jié)構(gòu)長城杯評比中榮獲了結(jié)構(gòu)“長城杯”稱號。根據(jù)目前結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝方法的現(xiàn)狀，可以說在絕大部分現(xiàn)施工中異常堆載控制不嚴(yán)，常常會出現(xiàn)板底開裂現(xiàn)象，盡管其中影響結(jié)構(gòu)承載力的情況很少，但在一定程度上影響了結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量，如果處理不當(dāng)，會對鋼筋銹蝕造成隱患，影響結(jié)構(gòu)耐久性，在部分情況下還會影響裝修飾面工程質(zhì)量，給用戶造成不利的心理影響，進一步影響企業(yè)質(zhì)量信譽，所以施工人員對這一問題必須予以重視，在施工中應(yīng)注意以下幾個方面：7．1首先針對施工荷載超設(shè)計荷載的普遍現(xiàn)象，施工技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計實際情況和工程施工方案，對結(jié)構(gòu)梁板施工階段作必要的施工驗算，通過驗算制定出切合實際的施工荷載控制措施及模板支撐方案，以控制板裂現(xiàn)象的發(fā)生。在計算方法方面，本文提出了自己的思路。應(yīng)注意的是本文采用的計算公式為原混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求的公式，這些公式在2002年4月1日起實施的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010－2002中作了細微調(diào)整，同時,新規(guī)范對裂縫采取了分級控制的原則，對于年平均濕度小于60%的一類環(huán)境下（室內(nèi)正常環(huán)境）裂寬限制放寬到0.4mm。7．2通過以上施工階段驗算案例可知，在模架系統(tǒng)施工中，簡單以增加連續(xù)支頂層數(shù)的辦法來預(yù)防板裂發(fā)生的辦法是個錯誤的概念，而根據(jù)施工驗算結(jié)果，適當(dāng)考慮采取增設(shè)一層或兩層二次支撐的方法，可以有效的調(diào)節(jié)荷載的傳遞與分配，降低不利樓層的施工荷載值，有效的避免結(jié)構(gòu)板底裂縫的發(fā)生。7．3在本文計算過程中，我們假定模架支撐系統(tǒng)剛度無限大，即模架不會變形，這在一般