中建二局第二建筑工程有限公司山东分公司 山东青岛 266000
摘要：无梁楼盖结构由现浇混凝土空心板、柱和周边支承构件（边梁、墙等）组成。板区格的中间部分为采用薄壁塑料盒或薄壁箱体作内模的现浇混凝土空心板，柱轴线位置为实心板带。顶板面处首先开裂和屈服，孔道对板中央处的板底裂缝有影响，顺孔道方向的裂缝宽度比另一方向的大。
关键词：某无梁楼盖结构；开裂原因；施工过程监测；
该工程的结构设计使用年限为 50 年，建筑结构安全等级为二级，建筑抗震设防烈度为 6 度，车库顶板（消防车道）设计活荷载标准值为 16.0 kN/m2（已折减）、车库顶板（非消防车道）设计活荷载标准值为 5.0 kN/m2。其中有 7 个后浇带、6 条加强带（位置上下对应）。该地下车库分人防、非人防两部分，非人防部分柱、剪力墙、底板、顶板混凝土设计强度等级均为 C30，人防部分柱混凝土设计强度等级为 C40、其余为 C35。车库工程顶板、筏板、外墙为防渗混凝土，抗渗等级为 S8。
一、某无梁楼盖结构开裂原因
裂缝都是由弯矩产生的，有柱顶负弯矩裂缝、板底正弯矩裂缝和柱侧面裂缝三种。当荷载达到时在柱内角的板顶处，沿与轴线方向出现的微细的柱顶负弯矩裂缝，内角的板顶面处也相继出现类似的裂缝，除了上述裂缝继续发展外，在柱外侧面离板底处以及柱外侧面距板底处都出现了水平的柱侧面细裂缝，同时在离轴线内侧处的板底面，出现了多条大致与轴（即与孔道）垂直的不连续的板底正弯矩细裂缝。此后，在区格中心点附近处，出现了一条大致与轴（即与孔道）平行的板底正弯矩细长裂缝。柱顶负弯矩裂缝出现早，宽度最大，但数量少，柱侧面裂缝和板底裂缝宽度小，在板区格中心附近的板底裂缝宽度最大，板底裂缝数量多，比柱顶负弯矩裂缝出现迟。孔道对板底裂缝产生了明显的影响，由于垂直于孔道的截面抗弯刚度大，所以最早的板底裂缝是与孔道垂直的，内力重分布后，毕竟平行于孔道的多数截面是比较弱的，故平行于孔道的板底裂缝反而成为主要的。板底和板顶裂缝图。进入破坏阶段后，板底裂缝逐渐向四周柱上板带区域扩散，都与柱轴线垂直。同一柱上板带的板底裂缝都基本平行，且集中在各柱上板带的跨中附近。从裂缝阶段的后期起，顺孔道方向的板底裂缝宽度就开始超过垂直于孔道的板底裂缝宽度，最宽的板底裂缝在区格中心附近。这时柱顶区的负弯矩裂缝不仅加宽且不断有新裂缝，逐渐在每个柱顶形成一个连续的圆弧形裂缝> 最后发展为使板破坏的临界主裂缝，破坏时，柱顶宽度最大的负弯矩裂缝在@A附近，它也是最早出现的，最大宽度板底最宽裂缝仍在区格中心附近，平行孔道方向的最大裂缝宽度垂直于孔道方向的最大裂缝宽度仅，在竖向均布荷载作用下，这种空心无梁楼板的受力性能基本上与实心无梁楼板的相同，即双向弯曲成拉网形，其承载能力取决于柱顶处板承受负弯矩的承载力；单向孔道使得板在两个方向的弯曲刚度不同，因而顺着孔道方向板的竖向位移比另一方向相应点处的稍大一点；单向孔道对板区格中央部分处的板底裂缝的影响则要大一些，即顺着孔道方向的裂缝，其宽度和长度都比另一方向的裂缝要大。
二、施工监测
1.原因初步分析。该工程为地下单层无梁楼盖结构，设计时主要是依靠结构自重及顶板覆土来平衡结构所受到的上浮荷载。该工程顶板顶标高为-1.0 m，底板底标高为-5.15 m，而地下水位为-2.25 m。可是，该工程所在地经历了春季到秋季的过渡，地下水位处于不断的变化中，而且 4 月前施工单位已经封闭了该工程的部分降水井。同时，4 月－9 月工程停工期间，施工单位未采取其他有效措施来平衡上浮力，也一直未在该工程的顶板进行覆土。
该工程 25 轴、26 轴、27 轴一共 21 根柱，对其进行柱混凝土表面应力监测。其中，（C～J）轴柱在柱的四个侧面的柱顶、柱底各 50 cm 范围内布置 1 个监测点，K 轴柱在柱南侧面的柱顶、柱底各 50 cm 范围内布置 1 个监测点，共计布置 150 个监测点。
2.监测结果分析。该工程为地下单层无梁楼盖结构，属于超长结构，不同横断面上（数字轴）的沉降或上浮量存在差异。本次对1～62 # 测点进行沉降观测，第 1 次测量为初始标高，观测周期为 6 个月、观测次数为 25 次，每次测量后将沉降变化量累加，最终累计值即为该点在观测周期内的最终沉降量。取横向轴线上 3 个测点的沉降数据的平均值，。通过对该工程 25 轴、26 轴、27 轴共 21 根柱一段时间内的柱顶、柱底的应力监测分析，结果表明25轴柱所受的压应力值较 27 轴要明显偏大，26 轴柱西侧面所受的压应力值较大、其余三个侧面未明显受压，证明在监测过程中，26 轴以西区域（即 25 轴处）顶板进行了覆土回填，而 26 轴以东区域（即 27 轴处）未进行覆土，只承受地下水的浮力及自重影响，因此27 轴柱压应力值与 25 轴相比明显较小。26 轴柱西侧面柱顶、柱底应力变化明显，表明在不均匀覆土荷载作用下，柱顶承受“不平衡弯矩”作用。25 轴、26 轴及27 轴柱顶东侧面、西侧面测点应力值变化量（相对初始值），25 轴柱处于明显受压状态；27 轴处于未明显受压状态；26 轴柱处于受弯状态。该工程从设计到施工结束是一个长期的过程，任何一个细节不到位，都有可能会对工程质量产生不利的影响。根据对该工程在施工过程中的沉降观测，采取应力监测等技术手段，汇总分析混凝土柱在施工过程中产生裂缝的主要原因有：该工程属于超长结构，顶板设计 1 m 覆土，地下正常时期平均水位较高，浮力的影响不可忽视。本项目的设计主要依靠结构自重来平衡结构所受到的上浮荷载。该工程施工单位在底板浇筑过程中即封闭了部分降水井，在顶板覆土回填之前长达7个月的时间，该工程的地下水位也在不停的变化中，期间施工单位未采取任何有效措施来抵抗结构所受的不均匀上浮力，使得结构长期承受变化的不均匀上浮荷载。另外，施工单位停止了对该工程的沉降观测，也未能及时发现不均匀沉降现象。顶板覆土施工之前在不均匀上浮力的作用下，该工程的部分混凝土柱柱顶节点处出现水平裂缝。因设计未充分考虑施工阶段的施工荷载以及施工单位在进行顶板覆土施工阶段的不合理施工顺序、及局部堆土荷载过大，使得该工程的顶板表面覆土不均匀，柱子在不平衡弯矩作用下，抗弯不均匀，使裂缝加大、甚至部分出现明显的三面水平缝。不当的施工组织设计。不合理的施工组织，使得在施工过程中，附加荷载产生不利工况组合，致结构产生超出设计容许的应力。板带开裂后截面的惯性矩还与弯矩的大小有关。同号区段内的刚度相等，并分别取各自范围内最大弯矩截面的惯性矩即最小惯性矩。说明各测点所粘贴应变片均有效、处于正常工作状态；监测周期内，随着观测周期的推进，7 根柱混凝土表面压应力值在0～-1.0 MPa 范围内，且变化不明显，表明该区域结构顶面无覆土压力作用。
本文以某无梁楼盖结构地下车库工程为例，分析了该工程柱顶产生裂缝的原因，并通过施工过程的沉降观测和应力监测结果及分析，验证了该工程裂缝产生的原因，提出了对于地下单层结构由于上部无建筑重量来平衡浮力的作用，施工顺序的不当会造成整体上浮或局部上浮，引起结构开裂。故为避免此类结构产生裂缝，应合理组织施工顺序设计，以确保施工过程中不会产生不均匀上浮现象。
参考文献：
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