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桂林甘底框混結(jié)構(gòu)綜合樓的建筑面積為5976.81m2，第1、2層框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，3~6屋為磚混結(jié)構(gòu)，樓蓋和屋蓋結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，屋面采用坡屋蓋的結(jié)構(gòu)形式。現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋蓋結(jié)構(gòu)施工處于7~8月的高溫季節(jié)，于1999年7月底施工完畢，8月初檢查土建工程質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)坡屋蓋有13條貫穿裂縫，詳見圖1。溫度降低的傍晚裂縫寬達(dá)2mm左右，另外還有較多的表面裂縫和深井裂縫，大多數(shù)縫寬多在0.05~.5mm之間，在對(duì)梁板、構(gòu)造柱混凝土進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)屋蓋梁板混凝土表面泛白，起砂和起粉，然后用小尖錘劃痕和敲擊，判斷混凝土的強(qiáng)度低下，為了查清問(wèn)題，及時(shí)處理，消除隱患，用超聲波回彈綜合法對(duì)屋蓋及頂層構(gòu)造柱混凝土質(zhì)量進(jìn)行了全面檢測(cè)；并對(duì)屋蓋圖紙和其變更（修改）的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、配筋、混凝土膨脹量和收縮等進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)部門用超聲波檢測(cè)屋蓋梁板和構(gòu)造柱，認(rèn)為混凝土結(jié)構(gòu)是密實(shí)的，用超聲回彈綜合法檢測(cè)構(gòu)造柱混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度均大于C20，合格。檢測(cè)屋蓋梁板混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度為C13~16。通過(guò)結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算和施工質(zhì)量分析認(rèn)為，設(shè)計(jì)和施工均存在問(wèn)題，屋蓋結(jié)構(gòu)混凝土為C20，舊水泥標(biāo)號(hào)為425#（相當(dāng)于新的水泥強(qiáng)度等級(jí)的32.5Mpa），普通硅酸鹽水泥用量293kg/m3。

為了滿足業(yè)主要求，在G~S軸交2~7軸的5層樓頂增加閣樓和露臺(tái)，為此，該部位的坡屋蓋結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖1），坡屋蓋亦由聚胺酯841防水涂膜屋面修改為補(bǔ)償收縮混凝土結(jié)構(gòu)自防水及防水砂漿 屋面。根據(jù)補(bǔ)償收縮混凝土的抗裂防水原理和理論依據(jù)，通過(guò)提高混凝土的密實(shí)性和控制混凝土內(nèi)部裂縫產(chǎn)生的途徑來(lái)提高混凝土的自防水能力，在這工程上多年的實(shí)踐是可行的，但設(shè)計(jì)修改后未能根據(jù)補(bǔ)償收縮混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中的體積膨脹特點(diǎn)，進(jìn)行配筋調(diào)整，修改期間斷的板底筋和負(fù)筋為通長(zhǎng)的板底筋和板面筋，以使混凝土在鋼筋的有效約束限制條件下在混凝土中產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，來(lái)抵消混凝土的收縮、蠕變、碳化和溫度等因素引起的拉應(yīng)力[1,2]。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖1 坡屋蓋平面加固圖及貫穿裂縫分布（1999年8月12日檢測(cè)）

Fig.1 Reinforcement of pitched roof and crossing cracks distribution(test August 12,1999)

原設(shè)計(jì)的坡屋蓋為一個(gè)完整對(duì)稱坡面的屋蓋結(jié)構(gòu)，但根據(jù)業(yè)主的需要調(diào)整了屋脊的位置，形成了不對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式，在坡面大的屋蓋上開了一個(gè)大洞作為新增閣樓的露臺(tái)使用，這樣大大的消弱了結(jié)構(gòu)的剛度，設(shè)計(jì)對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新布置，但仍按一般要求配筋，而整個(gè)坡屋蓋為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系，與平面結(jié)構(gòu)體系有很大的區(qū)別，當(dāng)混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中和之后受到干縮、溫度變化引起的脹縮和荷載的作用，加之混凝土結(jié)構(gòu)在三維方向上整體剛度中心與期受質(zhì)量中心有偏離，在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力，甚至扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的綜合影響。在鋼筋混凝土構(gòu)件、配件計(jì)算中，其截面的主要尺寸及鋼筋數(shù)量，在計(jì)算中做了許多假定，雖然強(qiáng)度計(jì)算足夠，但變形計(jì)算、抗裂度計(jì)算和裂縫寬度計(jì)算方法等與實(shí)際受力不符，未考慮混凝土的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力及配筋率的影響；未考慮結(jié)構(gòu)的構(gòu)造影響如鋼筋的搭接、錨固和構(gòu)造筋布置等；未按構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，使坡屋蓋與磚墻及構(gòu)造柱連成整體以限制滑動(dòng)；未對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行有效的約束限制，因而引起質(zhì)量事故和裂縫。

如圖1，G軸為約束端，約束了屋蓋梁板溫度和干縮整體變形，其余三面為部分約束端，但由于現(xiàn)澆混凝土 下的磚墻上未設(shè)置隔離層，當(dāng)屋蓋變形時(shí)不能自由滑動(dòng)伸縮，而且2軸交1/k~R軸屋蓋下有一條高達(dá)2m的連續(xù)深梁LX11，受兩端磚砌體的約束，梁頂與板形成整體。

（1）截面均均溫差裂縫，一般材料均有熱脹冷縮性質(zhì)，如果構(gòu)件不受任何約束，在溫度變化時(shí)能自由變形，那么在構(gòu)件中就不會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力；如果構(gòu)件受到約束而不能自由變形時(shí)，則在構(gòu)件中產(chǎn)生附加應(yīng)力，由溫度應(yīng)力引起構(gòu)件的伸縮值[3]

ΔL=(t₂-t₁) αL.

式中：ΔL­—鋼筋混凝土構(gòu)件的變形值；t2-t1—溫度變化值；L—構(gòu)件長(zhǎng)度；α—材料的線膨脹系數(shù)。

由于鋼筋混凝土的α=1.0×10^-5/℃，而普通磚砌體的α=0.5×10^-5/℃，在相同溫度下，鋼筋混凝土構(gòu)件的伸縮值要比磚砌大一倍左右，在混凝土結(jié)構(gòu)中，當(dāng)溫度變化時(shí)，鋼筋混凝土屋蓋和樓蓋與磚砌體伸縮不一致，必然彼此相牽而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，可能使房屋結(jié)構(gòu)開裂破壞，因澆筑混凝土?xí)r值夏季高溫天氣，經(jīng)測(cè)試，屋蓋混凝土表面在中午高達(dá)56℃，大面積夜間溫度為31℃左右，溫差達(dá)25℃，按24.52m長(zhǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)計(jì)算，日夜長(zhǎng)度會(huì)產(chǎn)生6.13mm的變化，混凝土熱膨脹變形產(chǎn)生的壓應(yīng)力，混凝土冷縮變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力，由于混凝土抗拉強(qiáng)度較低，當(dāng)混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土便產(chǎn)生裂縫，稱為截面均勻溫差裂縫，混凝土均勻溫差約束變形的溫度應(yīng)力[3].

ΔL=(t₂-t₁) αL.

σ_t=EcΔ/L=Ec(t₂-t₁) α,

式中：Ec—混凝土彈性模量。

C20屋蓋板的約束應(yīng)力為：σ_t=25.5×10³×（56~31）×1.0×10^-5=6.38N/mm²,混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度ƒtk=1.5N/mm2(<σt)，由此可見：梁端可自由伸長(zhǎng)時(shí)，由溫度差引起的伸長(zhǎng)值ΔL=L(t₂-t₁) α，約束應(yīng)力σ_t=o，梁端全約束時(shí)，溫度差引起的伸長(zhǎng)值ΔL=o，約束應(yīng)力σ_t=Ec(t₂-t₁) α,但由于實(shí)際上屋蓋結(jié)構(gòu)與磚砌體等結(jié)構(gòu)連接既非自由伸縮，亦非全約束，為部分約束，亦稱彈性約束。此時(shí)，由于溫差產(chǎn)生一變位δ1，嗎時(shí)構(gòu)件也得到彈簧的反作用而產(chǎn)生變位δ2，混凝土結(jié)構(gòu)的自由變位為兩者之和（圖2）[4].

即：ΔL=δ1+δ2

δ1=ΔL－δ2=L(t₂-t₁) α－σx/EcL.

式中：σx—梁端約束應(yīng)力。

由于坡屋蓋梁板結(jié)構(gòu)的G軸為約束端，局部又受磚墻、構(gòu)造柱及連續(xù)梁的約束，因此其整體約束狀態(tài)應(yīng)為部分約束。

 

 

 

 

 

圖2 彈性約束作用梁

Fig.2 Sketch of elastic constraint action

（2）截面上下溫差裂縫，由于約束條件復(fù)雜，形成各種各樣的裂縫，當(dāng)夏季太陽(yáng)直接照射到坡屋蓋上形成56℃高溫，而室內(nèi)溫度較低，只有33℃，在坡屋蓋上下產(chǎn)生23℃的表面溫差，在一般約束條件下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應(yīng)力，全約束溫度應(yīng)力最大[4]，當(dāng)混凝土上下溫差變形產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，就出現(xiàn)截面的上下溫差裂縫。

（3）截面內(nèi)外溫差裂縫，由于坡屋蓋梁板結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差小，可以忽略此類溫差變形的影響。

（4）混凝土裂縫的特點(diǎn)，板上裂縫多為貫穿裂縫，梁上裂縫多為表面裂縫。屋（樓）蓋裂縫多是平行于短邊，大面積上表面裂縫縱橫交錯(cuò)。裂縫寬度大小不同，一般在0.5mm以下，裂縫寬度溫度高時(shí)較細(xì)，溫度低時(shí)較寬，大多數(shù)裂縫沿結(jié)構(gòu)高度呈現(xiàn)上寬下窄狀，由于結(jié)構(gòu)反復(fù)承受溫差作用，在結(jié)構(gòu)組合構(gòu)件之間引起相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有時(shí)發(fā)生斷弦、斷索的聲音^[4]。

鋼筋混凝土構(gòu)件的變形與裂縫有著一定的關(guān)系，結(jié)構(gòu)過(guò)大的變形，可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的裂縫，由于設(shè)計(jì)修改后的結(jié)構(gòu)的剛度削弱很多，結(jié)構(gòu)的斷面尺寸變化大，溫度應(yīng)力在截面高度小的板內(nèi)某截面超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)裂縫。從各種裂縫的分布來(lái)看，裂縫主要集中在坡屋蓋洞口周圍的1/k~R軸部位，說(shuō)明這是剛度和截面強(qiáng)度的薄弱部位，支座的型式即非滑動(dòng)支座，又非固定支座。混凝土的質(zhì)量和配筋率對(duì)裂縫的產(chǎn)生均有影響[2,6].

（1）施工縫設(shè)置和處理不當(dāng)，在坡屋蓋混凝土澆筑過(guò)程中在長(zhǎng)度方向上留設(shè)了3道施工縫，且對(duì)施工縫未按規(guī)范進(jìn)行處理，新舊混凝土結(jié)合差，結(jié)構(gòu)的整體性不良，當(dāng)混凝土收縮或受力變形后出現(xiàn)裂縫。施工縫處理方法與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系為（無(wú)接縫的混凝土抗拉強(qiáng)度為100）[5]:當(dāng)現(xiàn)澆板垂直施工縫用水沖洗接搓，其施工縫處抗拉強(qiáng)度只相當(dāng)于混凝土抗拉強(qiáng)度的60%;在澆筑之前，在施工縫處抹水泥漿砂或素水泥漿，其抗拉強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的80%；在施工縫處連接表面削去1mm并抹水泥砂漿或素水泥漿，其抗拉強(qiáng)度為混凝土抗拉強(qiáng)度的85%；鏟或水泥沙漿，為混凝土抗拉強(qiáng)度的80%;在施工縫處連接表面削去1mm井抹水泥砂漿或素水泥漿，其抗拉強(qiáng)度為混凝土抗拉強(qiáng)度的85%;鏟平接搓凹凸處，澆素水泥漿或水泥沙漿，其抗拉強(qiáng)度為混凝土抗拉強(qiáng)度的90%；在施工縫接搓面澆水泥砂漿或素水泥漿，在混凝土朔性狀態(tài)最晚期（約3-6h）再振搗，其抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于混凝土抗拉強(qiáng)度的100%。可見時(shí)施工縫處理好壞直接影響施工縫處的混凝土抗拉強(qiáng)度。由于現(xiàn)場(chǎng)施工未加強(qiáng)施工縫處混凝土的養(yǎng)護(hù)，示按規(guī)范要求進(jìn)行處理。造成此處裂縫。

（2）分布筋間距大，為使受力均勻。分布的筋間距一般大于200mm或250mm.但施工單位減少設(shè)計(jì)圖中分布筋數(shù)量，增大分布筋間距，經(jīng)檢查，實(shí)際間距多為300-350mm，使板受力不均，易在板局部引起裂縫。

（3）板厚不足，剛度折減，因此當(dāng)溫度變化時(shí)承受變形能力差，易產(chǎn)生裂縫。在澆搗屋面板時(shí)沒(méi)有設(shè)置足夠的板厚控制點(diǎn)。板厚難以控制，設(shè)計(jì)屋面板厚100mm，檢查板厚10個(gè)點(diǎn)，最大的95mm，最小的71mm.平均82mm，致使屋面板受彎承載力降低22%左右.再則層蓋板上下溫度差變形產(chǎn)生的應(yīng)力量超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度,產(chǎn)生截面下下溫差裂縫。

（4）板鋼筋配置位置不當(dāng)，板支座負(fù)筋保護(hù)層過(guò)厚，有效高度h 減少，受彎承載力降低引起裂縫。施工時(shí)板支座負(fù)筋綁扎好后，施工作業(yè)人員在上面走動(dòng)，運(yùn)送混凝土的小車有時(shí)也在上面壓過(guò)。常把支座負(fù)筋離板底的高度壓低。澆搗混凝土?xí)r又未能及時(shí)上提復(fù)位，致使支座負(fù)筋保護(hù)層增厚。有效高度  減少，屋面板厚100mm，抽查10個(gè)點(diǎn)，負(fù)筋保護(hù)層最大40mm，最小20mm，平均30mm.板有效高度因此降低了33%。支座受彎承載力下降25%左右。

（5）使用水灰比過(guò)大的混凝土澆搗屋面板,使得混凝土在凝結(jié)的早期即出現(xiàn)沉縮裂縫.設(shè)計(jì)配合比中水灰比為0.60。由于施工期間頻繁陣雨的影響，施工中水灰比未能及時(shí)調(diào)整，因此現(xiàn)澆屋面板混凝土水灰比過(guò)大。上午澆搗，下午即時(shí)現(xiàn)較多的沉縮裂縫，縫寬最大達(dá)1.5mm，長(zhǎng)度大多為10-30mm，因未及時(shí)抹平、封閉裂縫，結(jié)果留下許多永久性裂縫。

（6）模板、支撐不善。混凝土初凝受振產(chǎn)生裂縫。混凝土澆筑后，逐漸開始凝結(jié)硬化，強(qiáng)度不斷提高，早期混凝土強(qiáng)度很低，若受振容易產(chǎn)生裂縫。由于現(xiàn)澆板分段施工，施工過(guò)程中陣雨頻繁，混凝土強(qiáng)度未達(dá)到 1.2MPa以上，施工人員就在結(jié)構(gòu)上行走，并鋪設(shè)馬道，用小車運(yùn)送混凝土，澆筑混凝土?xí)r鄰近混凝土在未達(dá)到強(qiáng)度要求情況下，因不停受振而產(chǎn)生裂縫。

（7）施工養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，混凝土硬化的過(guò)程就是水泥水化的反應(yīng)過(guò)程，這一過(guò)程需要充足的水分，如果早期養(yǎng)護(hù)措施跟不上，將使混凝土失水，而出現(xiàn)表面泛白。起粉起砂、剝皮、裂縫現(xiàn)象。嚴(yán)重降低混凝土強(qiáng)度，加快構(gòu)件的風(fēng)化、碳化、腐蝕，大大降低混凝土的壽命，實(shí)驗(yàn)資料表明，混凝土早期失水與混凝土強(qiáng)度下降的關(guān)系為  。早期失水20%~44%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度下降5%~50%；早期失水10%~40%時(shí)，混凝土抗彎強(qiáng)度下降22%~52%。在高溫季節(jié)，當(dāng)坡屋蓋現(xiàn)澆板澆筑完畢后，未能及時(shí)加以覆蓋養(yǎng)護(hù)，由于板是坡面形式，澆了水后不存水，加之不覆蓋。板面在高溫下基本處于干燥狀態(tài)，這是混凝土構(gòu)件早期強(qiáng)度不能迅速增長(zhǎng)，而出現(xiàn)失水裂縫的又一主要原因。

（1）根據(jù)表面裂縫、深進(jìn)裂縫和貫穿裂縫的頒布情況。決定采用在貫穿裂縫部位局部補(bǔ)強(qiáng)加固和在整體式坡屋蓋板上做整體式現(xiàn)澆疊合板補(bǔ)強(qiáng)相強(qiáng)合的方案。原坡屋蓋為整體式襝收縮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)超起回彈綜合法檢測(cè)屋蓋板混凝土強(qiáng)度為C13~C16。會(huì)同設(shè)計(jì)人員和施工單位認(rèn)真研究、分析和計(jì)算，決定采用在坡屋蓋板上增加補(bǔ)償收縮鋼筋混凝土整澆層，調(diào)整板的有效高度來(lái)恢復(fù)或提高屋蓋板的整體剛度與承載力，同時(shí)恢復(fù)屋蓋板的自防水能力，采取保護(hù)新舊混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的措施，使之達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的效果。

（2）在板上配雙向鋼筋網(wǎng)、懸挑板頂配筋及裂縫處板頂配筋（圖1、圖3、圖4）。澆筑40mm厚的補(bǔ)償收縮細(xì)混凝土整澆疊合層。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖3 坡屋蓋連續(xù)板加固

Fig.3 Reinforcement of continuous slab on pitched roof

 

 

 

 

 

 

 

 

圖4 坡屋蓋懸挑板加固

Fig.4 Reinforcement of overhanging slab on pitched roof

（3）現(xiàn)澆層與坡屋蓋混凝土疊合加固補(bǔ)強(qiáng)后的受力特征完全同整體板；舊混凝土的強(qiáng)度等級(jí)取實(shí)測(cè)值，新混凝土的強(qiáng)度等級(jí)取C20；斷面，舊混凝土取90mm厚，新混凝土取40mm厚；荷載分別按恒載和活荷載的設(shè)計(jì)值取用；受力構(gòu)件的內(nèi)力按強(qiáng)性理論進(jìn)行計(jì)算；  強(qiáng)度殷實(shí)照整體板驗(yàn)算受彎構(gòu)件的正截面強(qiáng)度和疊合面的抗剪強(qiáng)度；分別求出跨中和支座截面的配筋需要量，對(duì)照跨中實(shí)際配筋量是否滿足需要，如不滿足可增加疊合板的厚度，重新計(jì)算；根據(jù)支座截面配筋需要量設(shè)計(jì)鋼筋，進(jìn)行施工；由于新舊兩層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不一致，則在計(jì)算配筋時(shí)在正彎矩區(qū)段內(nèi)混凝土強(qiáng)度按后澆疊合層混凝土的強(qiáng)度取用。在支座負(fù)彎矩內(nèi)段內(nèi)混凝土強(qiáng)度按原屋蓋板混凝土強(qiáng)度實(shí)測(cè)值取用；撓度不必驗(yàn)算，因?yàn)閯偠仍龃蠛芏唷?/DIV>