預制裝配式鋼筋混凝土樓梯施工及抗震措施＊

王 珍，梁新亞

（1.黃河交通學院交通工程學院，河南 焦作 454950；2.中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著建筑產業(yè)化、現代化發(fā)展步伐加快，裝配式建筑正被廣泛應用到工業(yè)生產領域當中。裝配式建筑的發(fā)展有效降低了施工過程中產生的揚塵和噪聲污染，同時可節(jié)約資源[1]。

預制裝配式鋼筋混凝土樓梯作為建筑結構的核心功能部件，具有觀感質量好、安裝效率高等優(yōu)點，可極大減少現場濕作業(yè)，簡化現場施工流程，縮短施工時間，且質量容易得到保證[2]。樓梯作為聯系上下樓層的垂直交通，是建筑物的重要組成部分[3]。同時，樓梯也是建筑結構抗震的薄弱部位，在地震作用下往往先于其他構件被破壞，提前退出工作，給人民群眾的生命安全帶來嚴重威脅[4]。

在現有研究成果基礎上對預制裝配式鋼筋混凝土樓梯分類和特點、制作施工、抗震性能以及減震措施進行總結分析，為預制裝配式鋼筋混凝土樓梯的設計、施工提供理論參考。

1 預制裝配式樓梯與主體連接形式

一般情況下，設計人員可按照不同依據自行確定預制裝配式樓梯與主體結構之間的連接形式。當采用整澆方式連接樓梯與主體結構時，需要根據作為斜撐的樓梯構件對主體結構剛度作用大小進行確定。當參照國家標準圖集15G367-1《預制鋼筋混凝土板式樓梯》進行生產時，可采用上端部固定式鉸支座、下端部滑動式鉸支座的形式進行連接。該形式下樓梯屬于靜定結構，可不參與結構的整體抗震計算。

2 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯特點及分類

預制裝配式鋼筋混凝土樓梯由梯段、梯梁和休息平臺板等構件組成，在工廠完成批量化制作，然后根據施工計劃對預制構件進行吊運、安裝。在專業(yè)人員指揮下，將預制好的裝配式樓梯吊至預定位置并完成安裝。

采用預制裝配式鋼筋混凝土樓梯不影響主體結構施工，二者可同步進行，極大程度上縮短施工時間，省去現場支模、澆筑以及養(yǎng)護等施工工序，縮短工期的同時節(jié)約工程成本。

2.1 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯特點

預制裝配式鋼筋混凝土樓梯與傳統現澆樓梯相比具有以下特點。

2.1.1 成本控制

根據施工圖紙，可以在工廠完成構件的制作，能夠更準確下料，減少建筑垃圾的產生，將構件運至施工現場，通過起重設備完成吊裝作業(yè)，可精確計算吊運、安裝成本。能夠提前規(guī)避傳統施工模式受材料價格動態(tài)變化、現場施工勞動力成本改變等不確定因素影響，精準把控施工成本。

2.1.2 進度控制

采用預制裝配式鋼筋混凝土樓梯，根據工廠的生產力，在原材供應足夠的前提下精準控制生產進度。同時，預制裝配式混凝土樓梯構件在安裝后即可作為施工通道供施工人員通行。避免傳統施工時受材料供應、現場環(huán)境、天氣因素、工人施工水平等諸多因素影響，極大提高模板利用率，有效控制施工進度。

2.1.3 質量控制

預制裝配式鋼筋混凝土樓梯的部分施工工序可采用機械完成，提高施工效率的同時能夠提升構件的成品觀感質量。避免因工人技術水平不一致導致構件表面出現空鼓、裂縫等質量問題，提高結構整體安全系數，還能避免因不同工序間的交叉造成成品污損問題，極大保證施工質量。

2.2 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯分類

預制裝配式鋼筋混凝土樓梯根據空間尺度可分為大型構件、中型構件和小型構件3 種類型。預制樓梯構件形式的選擇主要受樓層層高、平面形式以及層數等因素影響。

2.2.1 大型構件裝配式鋼筋混凝土樓梯

大型構件裝配式鋼筋混凝土樓梯是將梯段、梯梁和平臺板整體作為一個構件進行加工制作，能夠大大減少構件數量。安裝只需借助大型吊裝機械，大大提高施工速度，整體便于施工，常用于工業(yè)化程度高的工業(yè)廠房等大型裝配式建筑中。

2.2.2 中型構件裝配式鋼筋混凝土樓梯

中型構件裝配式鋼筋混凝土樓梯由樓梯梯段和平臺板分開制作，然后進行安裝作業(yè)。平臺板通常采用普通預應力空心板，單獨設置平臺梁或者將平臺梁和平臺板組成一個構件。利于吊裝機械進行吊運安裝，施工便捷。

2.2.3 小型構件裝配式鋼筋混凝土樓梯

小型構件裝配式樓梯具有質量輕、體積小、便于制作等優(yōu)點，其缺點是濕作業(yè)較多，整體施工效率較低。該樓梯構件由斜梁、平臺板、平臺梁等組成。斜梁根據形式不同可分為矩形、鋸齒形等。預制踏步板根據斷面形式不同可分為三角形、L 形、一字形3 種類型，支撐形式有梁承式、懸掛式、懸臂式和墻承式等，其中梁承式支撐方式最為常用。

小型構件預制裝配式鋼筋混凝土樓梯主要由預制梯段、平臺板、支撐等構件組成。各構件體積小、質量輕，施工程序煩瑣，現場濕作業(yè)多，適用于施工條件比較差的施工場地。

3 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯施工及吊裝

預制裝配式鋼筋混凝土樓梯在工廠完成預制，然后運至施工現場進行吊裝作業(yè)，預制樓梯制作和施工涉及模板工程、鋼筋工程和混凝土工程，以及起重吊裝作業(yè)。

3.1 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯施工

3.1.1 模板工程

根據施工方案進行模板加工、組裝，組裝完成后根據規(guī)范要求進行質量檢驗，經驗收符合質量要求后方可進行澆筑施工。同時應嚴格控制模板周轉次數，當模板表面出現較大形變時，需要使用儀器進行監(jiān)測，符合質量要求可繼續(xù)周轉使用，當偏差大于規(guī)范要求時應停止使用，更換新模板進行施工，更換的模板應符合質量要求。

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當模板表面起皮時，應涂刷適量脫模劑，保證構件觀感質量。脫模劑應選用水性脫模劑，均勻涂刷在模板表面，不應出現涂刷不均勻、漏刷問題。否則會導致構件表面出現蜂窩、麻面等質量問題，影響構件的觀感質量。

3.1.2 鋼筋工程

根據現場施工圖紙，按照規(guī)范要求進行下料，然后進行定位安裝。當預埋件或預埋件錯筋尺寸較大與構件網片鋼筋發(fā)生碰撞時，應對網片位置進行適當調整，直到與預埋件互不干擾。提前完成預埋件的固定，網片鋼筋放入模板后應保證其保護層厚度滿足圖紙要求。

3.1.3 混凝土工程

澆筑混凝土前應對模板位置、鋼筋種類數量、預埋件位置等要素進行驗收，合格后澆筑混凝土。混凝土強度等級和塌落度的選用應符合施工圖紙要求，且澆筑時應從構件一端向另一端移動，保證構件內部不出現氣泡，并安排振搗手在混凝土澆筑后及時進行振搗，振搗時應遵循快插慢拔的原則，同時避免漏振、過振，保證振搗質量。

3.2 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯吊運和安裝

3.2.1 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯吊運

預制樓梯構件出模后首先進行檢查驗收，將滿足要求的構件擺放至成品堆放區(qū)，有質量缺陷的構件必須進行修補處理。然后對預制樓梯構件進行養(yǎng)護，待構件的強度不低于規(guī)范要求后方可進行起吊。當外觀存在輕微缺陷時，必須當天進行修復，修復后應養(yǎng)護至規(guī)定強度方可進行起吊作業(yè)。

3.2.2 預制裝配式鋼筋混凝土樓梯安裝

預制樓梯構件安裝前需要對其安裝位置進行放線，同時對擱置角點、安裝中心線等重要控制點位進行標記，將構件精確吊運至指定部位。在進行吊運、碼放時應輕起輕放，采取措施防止構件在起吊、運輸過程中出現碰撞，損壞構件陰陽角。構件應隔層安裝，并且樓梯平臺支座構件的強度需達到要求后，方可進行安裝固定。

4 預制樓梯震害形式及原因分析

進行結構設計時，通常在樓梯間周圍施加等效的豎向荷載，忽略了樓梯構件對結構整體抗震性能的影響。地震作用下，結構局部受力狀態(tài)受樓梯構件影響較大。預制樓梯構件位于結構樓層之間，地震作用下傳力途徑較為復雜，由于樓梯的“斜撐”作用以及框架結構側向剛度較小，因此樓梯在框架結構層間變形較大的情況下會產生破壞。

預制樓梯在水平、豎向地震作用下會產生強大的側向力，使構件承受循環(huán)拉、壓作用，造成貫通裂縫，構件內部受力筋被壓曲或拉斷，進而導致樓梯構件出現嚴重破壞[5-7]。根據破壞的構件類型不同，震害主要有以下幾種類型。

4.1 梯段板破壞

由于梯段板在預制的過程中施工工藝不當造成板內支座負筋不連續(xù)，從而使得梯段板在橫向、豎向地震作用下被循環(huán)拉伸、剪切，造成梯段板薄弱處發(fā)生斷裂破壞。

4.2 梯柱破壞

梯柱主要作用是傳遞豎向荷載，設計人員在設計梯柱時，往往會忽略地震作用，導致柱子的設計截面過小，地震作用下的抗破壞能力不足，在水平地震作用下發(fā)生破壞，并且在澆筑過程中由于澆筑質量不高也會導致梯柱承載能力不足。

4.3 樓梯間角柱破壞

樓梯間角柱在地震作用下承擔樓梯平臺板傳遞的水平方向剪力，使構件被破壞。樓梯間角柱的破壞主要表現為跨中部位鋼筋發(fā)生屈曲、混凝土酥碎剝落，發(fā)生剪切破壞。

4.4 樓梯平臺梁、板破壞

梯段板連接休息平臺板、平臺梁，由于“斜撐”效應，導致地震作用下平臺梁受彎矩、剪力等復合作用，受力狀態(tài)極為復雜，而平臺梁在設計時往往未考慮地震作用下所產生的水平剪力，使混凝土保護層剝落，造成樓梯平臺梁、板發(fā)生剪切破壞。

4.5 樓梯間兩側填充墻破壞

由于填充墻內部拉結筋錨固長度、數量不滿足構造要求，致使填充墻與主體結構之間相對獨立，在地震作用下易與主體結構分離，發(fā)生倒塌破壞。

5 抗震措施

目前，常從“抗”和“放”2 個角度采取措施提高預制裝配式鋼筋混凝土樓梯抗震性能[7-10]。“抗”即通過加強設計和構造措施，提升構件的整體剛度和抗震性能；“放”則采取消能減震措施，使樓梯構件在地震作用下允許發(fā)生一定的位移，避免與主體結構因剛性連接發(fā)生破壞，同時耗散地震能量，達到延緩破壞時間、減輕破壞程度的效果。

5.1 保證鋼筋質量

選擇具有保障的鋼筋生產廠家進行合作，確保鋼筋原材的質量符合要求，保證在樓梯構件制作時使用延展性好的熱軋光圓、帶肋鋼筋，提高預制樓梯構件延性，嚴禁使用延展性差的冷軋鋼筋，避免發(fā)生脆性破壞。

5.2 加強構造措施

設計時適當增大樓梯梁水平方向尺寸，并且在剪力較大部位對箍筋間距進行加密處理，增強樓梯構件的水平剛度，平臺板應采取雙層雙向的配筋形式；當樓梯間填充墻較長時，應在填充墻內部布置拉結筋，并且保證錨固長度，以加強它與主體結構的可靠連接，提高抗震作用。

5.3 采取消能措施

預制樓梯與支撐構件的連接按照相關標準要求設計，高端采用固定鉸支座，低端為滑動鉸接的連接形式，采用滑動支座可以削弱樓梯構件與結構間的剛性連接，降低“斜撐”效應，提升樓梯間抗震性能。在預制梯段板和樓梯梁部位設置具有消能減震效果的阻尼器，當遭受地震作用時二者通過相對滑移，使阻尼器幫助結構消耗地震能量，并且能夠提供部分豎向剛度，降低梯段板下部損壞程度。

6 結束語

預制裝配式鋼筋混凝土樓梯具有施工效率高、綠色環(huán)保、現場應用效果好等突出優(yōu)勢，被廣泛應用到工程建設當中，取得了良好的經濟和社會效益。目前對于預制裝配式樓梯構件的消能減震措施的研究還相對較少，應加大相關研究力度。