框架结构楼梯的震害分析与设计对策
摘要:就近几年由地定影响而造成的房屋损毁问题进行分析,其中框架结构中板式楼梯震害问题较为严重。本丈针对框竺钟少挤式楼梯震害产生的原因做了浅要总结,有针时性的提出了有关预防措施和减轻灾害的方法、思路以及改进措施,旨在为有关工作人员提供参考。
关键词:地震、板式楼梯、框架结构、震害、建筑工程、设计
一、前言
在发生强烈地震的时候,楼梯是最为重要的紧急逃生通道,在整个建筑结构中的担任着重要角色。因此,在目前的社会发展中,做好楼梯的竖向通道和抗震要求极为关键,是避免楼梯破坏而延误人员撤离、救援工作开展的主要方式,也是降低地震灾害的关键环节。本文以现浇板式楼梯为例,对框架结构楼梯的震害进行分析并提出有关对策在钢筋混凝土框架结构中的应用最为广泛,而且实际震害表明,现浇混凝土楼板可谓是钢筋混凝土框架结构中作为薄弱的一个环节,为此我们有必要在工作中进行研究和探讨。
二、板式楼梯概述
板式楼梯作为目前建筑工程项目中最为常见的一种竖向通道,在各类建筑物中都极为常见。虽然在现代化社会发展中,电梯日趋普及,但是传统的板式楼梯仍然在众多新兴建筑结构中以安全、方便的优势占据着重要的地位。
1、板式楼梯概念
板式楼梯是将楼梯作为板来进行考虑的。是将板的两端置放在休息平台的边梁上,而休息平台支撑在墙体之上的一种楼梯结构。这种楼梯结构是目前建筑工程领域中最为常见的一种,极为常见的结构主要有三跑楼梯、单跑楼梯、双跑楼梯等。它在应用中具备着受力简单、施工方便的优势。
2、板式楼梯的应用
板式楼梯作为当前建筑工程领域中最为常见的竖向交通通道,在各类建筑中得到了极为广泛的使用。在结构分析中,这种楼梯通常都是按照受弯构件进行分析的,在受力弯件分析中,这些楼梯不仅表现出良好的工作性能,同时更是存在着方便、快捷以及安全性高的特点。
三、板式楼梯破坏形态分析
楼梯在建筑工程中担负着紧急逃生的重要作用,在整个建筑结构中发挥着重要的角色和作用,应适应当前高层建筑物的发展要求,来进行设计和施工。根据多年的工程实践得出,在工程项目中,一旦楼板出现质量问题,不仅堵塞和延误人员的撤离,还给救援工作的开展带来极大的影响,甚至是造成不必要的生命、财产损失。经过分析,在目前的板式楼板结构中,所造成的质量破坏和影响主要可以分为三个方面:
1、楼板破坏
楼板破坏主要指的是楼板出现断裂的现象,这种问题的出现主要可以归纳为以下几个方面:(1)施工缝问题,在施工中由于施工缝处理不当而造成的楼板断裂是最为常见的一种质量隐患。这主要是因为施工缝处理中含有着大量的夹渣,新浇筑的混凝土和原有的混凝土结构面都存在着极为严重的强度差,在地震作用下,这种强度差表现的更为明显,其伴随着竖向地震作用而产生上下错动问题。(2)典型的破坏现象:在楼梯破坏分析中,其板结构底
部的混凝土脱落极为常见,这主要是因为楼梯底部因为钢筋屈服破坏力的作用而沿着板体结构宽度方向形成贯穿裂缝,进而造成整个楼梯结构产生质量隐患。
2、整体破坏
在楼梯震害中,典型的整体破坏现象主要表现在楼梯间整体坍塌,与主体结构完全分裂。在这种情况进行分析,其产生的原因主要是因为在以往钢筋混凝土结构计算的过程中通常都是按照原来施工标准进行的,对于钢筋混凝土的侧向拉力和应力的控制较弱,使得楼梯参与工作对框架结构整体影响不容忽略。考虑到楼梯受到地震作用之后而产生极大的水平拉力和竖向应力作用,这就使得楼梯之间的应力显著改变,自下而上不断增加,这也使得地震影响问题越来越严重。
3、楼梯间框架柱破坏
框架柱的破坏问题主要是楼梯间发生严重的剪切破坏现象。在框架结构中,轴承楼梯间的框架柱主要应用在平台的约束条件下,是利用这一基础形成短柱,从而参与到工程主体施工建设之中。这种条件下,随着地震的影响楼梯间所吸收的地震应力无形增大,给楼梯整体造成一定的破坏。
四、减轻板式楼梯破坏的若干对策
1材料选择
(1)从地震灾害调查数据显示,一般由正规施工单位完成的工程,其混凝土
质量基本可以满足设计要求,然而也发现个别建筑混凝土质量极差。主要表现是级配不合理,振捣不够结实,需要通过加强施工管理来解决。
(2)设计选取冷轧扭钢筋的梯板,因为钢筋延性不够,因此大量折断,而采用HPB235钢筋或HRB334钢筋的梯板虽然仍然存在大量的受拉裂缝,却几乎不存在梯板纵筋折断的状况。
2施工措施
当前楼梯作业出现的主要问题是施工缝位置不适,施工缝处理不符合标准等。因为梯板施工缝中存在明显夹渣,依照混凝土施工及验收标准,施工缝需要垂直于梯板,施工中却没有按要求执行。这类问题的解决只能够依靠各相关单位加强监管力度。有关责任单位严格依据相关标准和要求执行。至于施工缝的预留位置,建议尽量留在楼层平台板之内,因为对于梯板来说,平台板是四边支承板。安全储备更好,从这个角度上来说,将施工缝预留在平台板上应当更安全一些。
3设计措施
(1)主体结构计算时需要考虑梯板参与工作,依据计算数据增强配筋如前要求,考虑楼梯梯板的倾斜支撑作用后,结构的整体工作性能产生的较大改变,特别是梯板自身及和楼梯半层平台直接衔接的框架柱。其受力会产生较大改变,设计时需要采取适当的软件,准确分析楼梯的受力情况。
(2)切断梯板与框架柱的联系。在框架梁上做独立小柱支撑楼梯板上条所列方法可简单归纳为“抗”。即采用合适的断面与配筋来抵抗地震作用:另外还可以采用“放”,即将半层平台与柱的联系切断,在框架梁靠近框架柱的部位另设独立小柱来支撑梯板。楼梯间相邻构件出现的变化如下。一是Z2柱与楼梯半层平台相连,横向剪力突增,是楼梯平台和柱无连接的3倍多:横向弯矩增大较多。由此可见,断开楼梯平台和框架柱的连接,能有效减少楼梯平台对框架柱的地震影响。二是半层平台梁剪力增大较多,弯矩有所减小。
4改进的设计建议
采用楼梯整体建模或等效模型方法考虑楼梯与主体结构之间的相互作用时,对楼梯构件的抗震设计,在计算其抗震作用时,应乘以1.5倍的重要性系数。同时还应采取更有效的构造措施保证楼梯间抗震安全性。为使楼梯构件传力明确,减弱楼梯与主体结构间的相互作用,建议将楼梯与主体结构之间脱开设计”结合预制楼梯的震害经验采用三面悬挑式休息平台,弱化楼梯与主体结构之间的相互作用,明确楼梯构件的传力途径。上下楼梯间的护栏亦需断开设计,以保证滑动面层的有效工作。同时,还应对滑动薄钢板和聚乙烯类材料进行防腐锈、防老化处理,以提供良好的滑动性能。大震时梯板的错动位移,可按钢筋混凝土框架结构罕遇地震下弹塑性层间限值进行估算若层高和平台高变化时,可据此公式进行估算。为保证大震下梯板有效地搭接在平台板上,应留有一定搭接长度L以防止楼梯板脱落,建议L值不小于120mm。
五、结语
考虑楼梯参与结构整体受力后,结构的自振周期减小,振型改变,本文所列平面中第z阶振型转变为扭转振型。而原先并未考虑楼梯时第2阶振型为平动振型。由于楼梯板在水平力作用下具有“斜撑”的受力状态,在水平地震作用下,将产生较大轴向拉压力(达200kN以上);楼梯板由原先只考虑竖向力时的受弯构件,转变为“压弯、拉弯”构件,受力状态复杂化;而相应的配筋及构造并未按此修改。所以造成楼梯大量破坏。今后在楼梯的施工图设计中,应严格按其实际受力状态来进行配筋设计和选取相应构造。
参考文献:
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[4] 武俊杰 梁伟杰。:《结构楼梯间与楼梯的震害分析及设计建议》,《山西建筑》,2010年07期
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