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干货!高层剪力墙住宅的预制楼梯优化设计 2020-11-30

1.引言

现有装配式建筑高层住宅层数多楼梯标准化程度极高,采用预制楼梯可显著减少现场支模拆模工作量、提高现场工程质量、提升现场文明施工水平、加快施工进度。预制楼梯专业化图集已发布多年,楼梯的几何尺寸、配筋、连接节点已经形成了标准化设计和施工,该图集预制楼梯上部一般采用铰接固定连接,下部采用滑动连接,上下两端各预留2个孔,安装时插入梯梁预埋的预埋螺栓或钢筋。下图1是某项目参照标准图集将板式楼梯改为梁式预制楼梯的标准做法,左边是上端连接大样,右边是下端连接大样。当前采用装配式建筑技术建造的高层剪力墙住宅越来越多,楼梯节点设计如果比较复杂将会影响安装和生产效率,对于侧向刚度较大的高层剪力墙住宅来说该图集提供的节点连接存在一步优化的可能。

图1

2.优化分析

2.1高层住宅多采用剪力墙结构住宅整体抗侧刚度大,一般说来现浇整体楼梯对整体刚度影响甚微,楼梯吸收的地震作用十分有限,在地震作用下楼梯根本不会破坏,这已经被绝大多数楼梯整体浇筑的现浇整体剪力墙结构所证明,这说明即使整体浇筑不释放楼梯刚度对整个主体结构毫无不利影响,所以任何一种释放刚度的楼梯连接方式都是可以接受的,所以前述上端固定下端滑动释放刚度的做法并不是唯一的。

2.2该图集节点做法增加了吊装时预留孔与预埋钢筋精确定位插入工序,由于一般楼梯较重摆动惯性大导致吊装就位调节会消耗较多安装时间,也间接增加施工工人高坠的风险。

2.3.现有楼梯工厂预制时预留孔较多,工厂预制时需要采取额外的孔洞预埋件加固定位和防堵塞措施,特别是预制楼梯一般采用立式模板生产更需要特别措施保证预留孔的定位精度,这样就间接增加了预制生产成本。

2.4.仅在楼梯的一段采取水平固定限位会让该部位吸收全部地震反力,从而导致此部位需要额外采取构造加固措施,同时需要对支座牛腿采取更加详细的结构计算分析和构造措施。

3.优化措施

根据上述分析,在释放楼梯刚度的情况下当支座牛腿挑出的宽度大于大震下楼梯的水平最大位移则楼梯不会掉下来,此时预制楼梯就是安全的,同时释放楼梯吸收的地震作用可起到保护楼梯和相邻牛腿支座的效果,因此采用下述图2连接做法,左右图分别表示上下端连接大样,此优化做法与标准图集显著不同之处就是取消预制楼梯端部的预留孔,该做法取消了现场对位和灌浆作业,极大地方便了预制工厂生产和现场安装。在大震工况下,对于一般住宅层高约为2.85-2.9m,按最大层间位移按1/100考虑,左右端均留设30mm>2.9m x(1/100)空腔完全可以让楼梯水平变形,楼梯与牛腿接触采用刚性接触连接并铺一层找平砂浆,由于砂浆强度远低于相邻构件混凝土强度且无配筋在地震工况下砂浆早已破坏,大震工况作用下放楼梯可以自由移动,小震和中震工况下由静摩擦力提供水平滑动弹性约束,一般砂浆与混凝土的静摩擦系数约为0.3~0.5,远大于大于地震影响系数,所以正常使用情况下楼梯完全不会滑动。在地震工况下由上下两端支座的静摩擦力共同承担,取消了集中一端的做法,使上下两个支座可以共同承担水平地震反力,消除了一端梯梁地震作用过大的不利影响,减小了现浇梯梁处的外伸牛腿要考虑的地震反力所致的水平静摩擦力,进而减少了牛腿顶面处水平剪力和弯矩。

图2

4.结论

上述优化设计消除了现有连接节点连接的不利影响,构造非常简单,方便了预制构件工厂预制和现场安装,节省了材料,减少了施工工序,可以大大提高吊装效率,丰富了当前预制楼梯的连接形式,尤其适用于剪力墙结构的高层住宅使用。

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