预制装配式钢筋混凝土楼梯施工及抗震措施＊

2023-08-16梁新亚

科技与创新 2023年10期

王珍，梁新亚

（1.黄河交通学院交通工程学院，河南焦作 454950；2.中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450000）

随着建筑产业化、现代化发展步伐加快，装配式建筑正被广泛应用到工业生产领域当中。装配式建筑的发展有效降低了施工过程中产生的扬尘和噪声污染，同时可节约资源[1]。

预制装配式钢筋混凝土楼梯作为建筑结构的核心功能部件，具有观感质量好、安装效率高等优点，可极大减少现场湿作业，简化现场施工流程，缩短施工时间，且质量容易得到保证[2]。楼梯作为联系上下楼层的垂直交通，是建筑物的重要组成部分[3]。同时，楼梯也是建筑结构抗震的薄弱部位，在地震作用下往往先于其他构件被破坏，提前退出工作，给人民群众的生命安全带来严重威胁[4]。

在现有研究成果基础上对预制装配式钢筋混凝土楼梯分类和特点、制作施工、抗震性能以及减震措施进行总结分析，为预制装配式钢筋混凝土楼梯的设计、施工提供理论参考。

1 预制装配式楼梯与主体连接形式

一般情况下，设计人员可按照不同依据自行确定预制装配式楼梯与主体结构之间的连接形式。当采用整浇方式连接楼梯与主体结构时，需要根据作为斜撑的楼梯构件对主体结构刚度作用大小进行确定。当参照国家标准图集15G367-1《预制钢筋混凝土板式楼梯》进行生产时，可采用上端部固定式铰支座、下端部滑动式铰支座的形式进行连接。该形式下楼梯属于静定结构，可不参与结构的整体抗震计算。

2 预制装配式钢筋混凝土楼梯特点及分类

预制装配式钢筋混凝土楼梯由梯段、梯梁和休息平台板等构件组成，在工厂完成批量化制作，然后根据施工计划对预制构件进行吊运、安装。在专业人员指挥下，将预制好的装配式楼梯吊至预定位置并完成安装。

采用预制装配式钢筋混凝土楼梯不影响主体结构施工，二者可同步进行，极大程度上缩短施工时间，省去现场支模、浇筑以及养护等施工工序，缩短工期的同时节约工程成本。

2.1 预制装配式钢筋混凝土楼梯特点

预制装配式钢筋混凝土楼梯与传统现浇楼梯相比具有以下特点。

2.1.1 成本控制

根据施工图纸，可以在工厂完成构件的制作，能够更准确下料，减少建筑垃圾的产生，将构件运至施工现场，通过起重设备完成吊装作业，可精确计算吊运、安装成本。能够提前规避传统施工模式受材料价格动态变化、现场施工劳动力成本改变等不确定因素影响，精准把控施工成本。

2.1.2 进度控制

采用预制装配式钢筋混凝土楼梯，根据工厂的生产力，在原材供应足够的前提下精准控制生产进度。同时，预制装配式混凝土楼梯构件在安装后即可作为施工通道供施工人员通行。避免传统施工时受材料供应、现场环境、天气因素、工人施工水平等诸多因素影响，极大提高模板利用率，有效控制施工进度。

2.1.3 质量控制

预制装配式钢筋混凝土楼梯的部分施工工序可采用机械完成，提高施工效率的同时能够提升构件的成品观感质量。避免因工人技术水平不一致导致构件表面出现空鼓、裂缝等质量问题，提高结构整体安全系数，还能避免因不同工序间的交叉造成成品污损问题，极大保证施工质量。

2.2 预制装配式钢筋混凝土楼梯分类

预制装配式钢筋混凝土楼梯根据空间尺度可分为大型构件、中型构件和小型构件3 种类型。预制楼梯构件形式的选择主要受楼层层高、平面形式以及层数等因素影响。

2.2.1 大型构件装配式钢筋混凝土楼梯

大型构件装配式钢筋混凝土楼梯是将梯段、梯梁和平台板整体作为一个构件进行加工制作，能够大大减少构件数量。安装只需借助大型吊装机械，大大提高施工速度，整体便于施工，常用于工业化程度高的工业厂房等大型装配式建筑中。

2.2.2 中型构件装配式钢筋混凝土楼梯

中型构件装配式钢筋混凝土楼梯由楼梯梯段和平台板分开制作，然后进行安装作业。平台板通常采用普通预应力空心板，单独设置平台梁或者将平台梁和平台板组成一个构件。利于吊装机械进行吊运安装，施工便捷。

2.2.3 小型构件装配式钢筋混凝土楼梯

小型构件装配式楼梯具有质量轻、体积小、便于制作等优点，其缺点是湿作业较多，整体施工效率较低。该楼梯构件由斜梁、平台板、平台梁等组成。斜梁根据形式不同可分为矩形、锯齿形等。预制踏步板根据断面形式不同可分为三角形、L 形、一字形3 种类型，支撑形式有梁承式、悬挂式、悬臂式和墙承式等，其中梁承式支撑方式最为常用。

小型构件预制装配式钢筋混凝土楼梯主要由预制梯段、平台板、支撑等构件组成。各构件体积小、质量轻，施工程序烦琐，现场湿作业多，适用于施工条件比较差的施工场地。

3 预制装配式钢筋混凝土楼梯施工及吊装

预制装配式钢筋混凝土楼梯在工厂完成预制，然后运至施工现场进行吊装作业，预制楼梯制作和施工涉及模板工程、钢筋工程和混凝土工程，以及起重吊装作业。

3.1 预制装配式钢筋混凝土楼梯施工

3.1.1 模板工程

根据施工方案进行模板加工、组装，组装完成后根据规范要求进行质量检验，经验收符合质量要求后方可进行浇筑施工。同时应严格控制模板周转次数，当模板表面出现较大形变时，需要使用仪器进行监测，符合质量要求可继续周转使用，当偏差大于规范要求时应停止使用，更换新模板进行施工，更换的模板应符合质量要求。

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当模板表面起皮时，应涂刷适量脱模剂，保证构件观感质量。脱模剂应选用水性脱模剂，均匀涂刷在模板表面，不应出现涂刷不均匀、漏刷问题。否则会导致构件表面出现蜂窝、麻面等质量问题，影响构件的观感质量。

3.1.2 钢筋工程

根据现场施工图纸，按照规范要求进行下料，然后进行定位安装。当预埋件或预埋件错筋尺寸较大与构件网片钢筋发生碰撞时，应对网片位置进行适当调整，直到与预埋件互不干扰。提前完成预埋件的固定，网片钢筋放入模板后应保证其保护层厚度满足图纸要求。

3.1.3 混凝土工程

浇筑混凝土前应对模板位置、钢筋种类数量、预埋件位置等要素进行验收，合格后浇筑混凝土。混凝土强度等级和塌落度的选用应符合施工图纸要求，且浇筑时应从构件一端向另一端移动，保证构件内部不出现气泡，并安排振捣手在混凝土浇筑后及时进行振捣，振捣时应遵循快插慢拔的原则，同时避免漏振、过振，保证振捣质量。

3.2 预制装配式钢筋混凝土楼梯吊运和安装

3.2.1 预制装配式钢筋混凝土楼梯吊运

预制楼梯构件出模后首先进行检查验收，将满足要求的构件摆放至成品堆放区，有质量缺陷的构件必须进行修补处理。然后对预制楼梯构件进行养护，待构件的强度不低于规范要求后方可进行起吊。当外观存在轻微缺陷时，必须当天进行修复，修复后应养护至规定强度方可进行起吊作业。

3.2.2 预制装配式钢筋混凝土楼梯安装

预制楼梯构件安装前需要对其安装位置进行放线，同时对搁置角点、安装中心线等重要控制点位进行标记，将构件精确吊运至指定部位。在进行吊运、码放时应轻起轻放，采取措施防止构件在起吊、运输过程中出现碰撞，损坏构件阴阳角。构件应隔层安装，并且楼梯平台支座构件的强度需达到要求后，方可进行安装固定。

4 预制楼梯震害形式及原因分析

进行结构设计时，通常在楼梯间周围施加等效的竖向荷载，忽略了楼梯构件对结构整体抗震性能的影响。地震作用下，结构局部受力状态受楼梯构件影响较大。预制楼梯构件位于结构楼层之间，地震作用下传力途径较为复杂，由于楼梯的“斜撑”作用以及框架结构侧向刚度较小，因此楼梯在框架结构层间变形较大的情况下会产生破坏。

预制楼梯在水平、竖向地震作用下会产生强大的侧向力，使构件承受循环拉、压作用，造成贯通裂缝，构件内部受力筋被压曲或拉断，进而导致楼梯构件出现严重破坏[5-7]。根据破坏的构件类型不同，震害主要有以下几种类型。

4.1 梯段板破坏

由于梯段板在预制的过程中施工工艺不当造成板内支座负筋不连续，从而使得梯段板在横向、竖向地震作用下被循环拉伸、剪切，造成梯段板薄弱处发生断裂破坏。

4.2 梯柱破坏

梯柱主要作用是传递竖向荷载，设计人员在设计梯柱时，往往会忽略地震作用，导致柱子的设计截面过小，地震作用下的抗破坏能力不足，在水平地震作用下发生破坏，并且在浇筑过程中由于浇筑质量不高也会导致梯柱承载能力不足。

4.3 楼梯间角柱破坏

楼梯间角柱在地震作用下承担楼梯平台板传递的水平方向剪力，使构件被破坏。楼梯间角柱的破坏主要表现为跨中部位钢筋发生屈曲、混凝土酥碎剥落，发生剪切破坏。

4.4 楼梯平台梁、板破坏

梯段板连接休息平台板、平台梁，由于“斜撑”效应，导致地震作用下平台梁受弯矩、剪力等复合作用，受力状态极为复杂，而平台梁在设计时往往未考虑地震作用下所产生的水平剪力，使混凝土保护层剥落，造成楼梯平台梁、板发生剪切破坏。

4.5 楼梯间两侧填充墙破坏

由于填充墙内部拉结筋锚固长度、数量不满足构造要求，致使填充墙与主体结构之间相对独立，在地震作用下易与主体结构分离，发生倒塌破坏。

5 抗震措施

目前，常从“抗”和“放”2 个角度采取措施提高预制装配式钢筋混凝土楼梯抗震性能[7-10]。“抗”即通过加强设计和构造措施，提升构件的整体刚度和抗震性能；“放”则采取消能减震措施，使楼梯构件在地震作用下允许发生一定的位移，避免与主体结构因刚性连接发生破坏，同时耗散地震能量，达到延缓破坏时间、减轻破坏程度的效果。

5.1 保证钢筋质量

选择具有保障的钢筋生产厂家进行合作，确保钢筋原材的质量符合要求，保证在楼梯构件制作时使用延展性好的热轧光圆、带肋钢筋，提高预制楼梯构件延性，严禁使用延展性差的冷轧钢筋，避免发生脆性破坏。

5.2 加强构造措施

设计时适当增大楼梯梁水平方向尺寸，并且在剪力较大部位对箍筋间距进行加密处理，增强楼梯构件的水平刚度，平台板应采取双层双向的配筋形式；当楼梯间填充墙较长时，应在填充墙内部布置拉结筋，并且保证锚固长度，以加强它与主体结构的可靠连接，提高抗震作用。

5.3 采取消能措施

预制楼梯与支撑构件的连接按照相关标准要求设计，高端采用固定铰支座，低端为滑动铰接的连接形式，采用滑动支座可以削弱楼梯构件与结构间的刚性连接，降低“斜撑”效应，提升楼梯间抗震性能。在预制梯段板和楼梯梁部位设置具有消能减震效果的阻尼器，当遭受地震作用时二者通过相对滑移，使阻尼器帮助结构消耗地震能量，并且能够提供部分竖向刚度，降低梯段板下部损坏程度。