某框架结构拆除楼梯后安全性鉴定与影响分析

吕文乾，贾军国，宋翰文

(1.甘肃省建筑科学研究院(集团)有限公司,甘肃 兰州 730070;2.甘肃省建设工程检验检测认证中心有限公司,甘肃 兰州 730070)

楼梯作为建筑物中重要的垂直交通设施,也是危险时刻的重要逃生和救援通道[1]。楼梯作为建筑物的一部分,承担着楼层之间的连接功能。拆除楼梯后,建筑结构会失去部分支撑而导致局部稳定性丧失,进而使结构整体稳定性受到影响,增加建筑物倾斜、失稳、坍塌的风险。同时楼梯在建筑结构中起着分散和传递荷载的作用,拆除楼梯后荷载分布发生改变,可能会导致结构其他构件承受更大的荷载,增加其他构件的应力和变形。近年来,拆除楼梯的现象时有发生,作为房屋结构的重要组成部分,对楼梯拆除产生的影响进行研究分析,具有一定的研究价值与工程实际意义。

1 工程概况

该工程为7度(0.15g)地区地上二层现浇钢筋混凝土框架结构,设计用途为商铺,框架抗震等级三级,基础为柱下独立基础。该工程主体高度为8.25 m,室内外高差0.15 m,一层层高为4.2 m,二层层高为3.9 m。墙、柱、梁、板及楼梯构件强度等级均为C30;内隔墙与外围护墙均采用加气混凝土砌块。建设单位在装饰装修过程中将5—6×B—C轴线间混凝土楼梯拆除,拆除部分为梯板、中部梯梁及中部休息平台,保留二层楼面标高处梯板。现场已将5—6×B—C轴线间混凝土楼梯完全拆除,为确定楼梯拆除后结构整体及局部受力变化是否影响到结构整体安全及局部构件的安全性,进行现场检测并结合结构建模综合分析其安全性及受力变化情况。该框架一层、二层结构布置示意图见图1,图2。

2 现场检测调查

经过现场实际调查发现,该工程已拆除C×5—6轴线中部梯梁、梯板、中部休息平台,仅保留二层楼面标高处梯板。拆除后,为进一步确定该结构安全性,现场对该工程进行相关检测。

2.1 混凝土强度检测

根据现场工程实际情况并结合GB/T 50784—2013混凝土结构现场检测技术标准[2],在该工程一层、二层选取楼梯间框架柱、框架梁,采用回弹法进行构件强度检测,所检测框架柱、框架梁混凝土抗压强度均大于C30,满足设计要求。

2.2 钢筋配置检测

根据现场实际情况,在该工程一层、二层选取楼梯间框架柱、框架梁,采用钢筋扫描仪对框架柱及框架梁配筋进行检测。所选取框架柱钢筋配置均为10@100,框架梁纵向受力筋及箍筋均为HRB335级钢筋。经检测,一层、二层框架柱及框架梁所检测单侧受力筋根数均满足设计要求,所检测箍筋间距均满足GB 50204—2015混凝土结构工程施工质量验收规范[3]中关于钢筋间距允许偏差的规定。

3 结构计算分析

根据该工程设计图纸及现场实际情况,为进一步分析5—6×B—C轴线楼梯拆除后对该楼整体影响及楼梯间周围各构件的影响,利用PKPM软件分别建立楼梯拆除前(模型一)与楼梯拆除后(模型二)的计算模型,进行对比分析。模型一、模型二示意图见图3,图4。

3.1 结构整体分析

3.1.1 结构自振周期

考虑到低阶振型在框架结构的地震作用中影响占比较大[4],本文选取框架结构模型的前6阶振型进行周期的变化分析,各阶振型分析见表1。

表1 振型分析

由表1可以看出,楼梯拆除前和楼梯拆除后,第一阶振型均为Y方向的平动,第二阶振型均为X方向的平动,第三阶振型均为Z方向的扭转,结构振动形式未发生变化[5-6]。对比模型一、模型二的各阶振型下的周期变化,模型一的结构周期均小于模型二的结构自振周期,说明该框架结构一侧楼梯拆除后自振周期有一定程度的增长,楼梯的拆除使得该框架结构抗侧刚度减小,结构抵抗地震作用能力相对减小,楼梯对框架结构的侧向支撑作用相对削弱。

3.1.2 剪重比

经PKPM建模分析,得出该框架结构在拆除一侧楼梯前后的剪重比,具体见表2。由表2可看出,模型二在X,Y两个方向上的剪重比较模型一均有一定程度的增长,表明拆除一侧楼梯对该框架结构的剪重比产生影响,对整体结构产生一定程度的影响。楼梯拆除前与楼梯拆除后,该框架结构的剪重比均满足GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)[7]第5.2.5条“结构在多遇水平地震作用下,扭转效应明显或基本周期小于3.5 s、抗震设防烈度为7度(0.15g)时,楼层最小剪重比限值为0.024”的要求。

表2 剪重比

3.1.3 层间位移与楼层剪力分析

模型一和模型二两种工况下的层间位移角、楼层剪力、楼层位移情况见表3。由表3可看出,楼梯拆除前后X,Y方向的层间位移角均小于1/550,满足GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)第5.5.1条“框架结构层间位移角限值为1/550”的要求。模型一较模型二相比,X,Y两个水平方向的楼层位移增大,说明一侧楼梯拆除后地震作用下水平方向的约束与支撑作用减弱,并以第一平动方向的变化幅度最大。

表3 层间位移角、楼层剪力、楼层位移

3.2 楼梯周围构件受力分析

楼梯拆除后,框架结构整体发生一定变化,所拆除的楼梯周围构件的受力情况也随之发生变化,为进一步确定其周围构件的受力情况,现选取楼梯周围4根框架柱、4道框架梁进行受力分析。

3.2.1 框架柱影响分析

本文通过楼梯拆除前后不同情况下,楼梯周围框架柱轴压比及轴力变化情况,进行框架柱受力变化对比分析,框架柱轴压比与轴力分别见表4,表5。

表4 框架柱轴压比

表5 框架柱轴力表

由表4可得出,楼梯周围一层各框架柱的轴压比相比楼梯拆除之前均有所减小,且都满足GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)第6.3.6条“框架抗震等级为三级时,轴压比限值为0.85”的要求,表明楼梯拆除后荷载减小、框架柱轴力减小,由于楼梯荷载作用于一层结构上,故二层柱轴力未发生变化,轴压比保持不变。

由表5可以看出,模型一即楼梯拆除前周围各框架柱的轴力均大于楼梯拆除后的轴力,其受力均为受压状态下的压应力,表明楼梯拆除后荷载减小,作用在楼梯周围各框架柱的轴力也相应减小,减小幅度在0.30～0.50之间。

3.2.2 框架梁影响分析

本文通过楼梯拆除前后不同情况下,楼梯周围框架梁剪力变化情况,进行框架梁力变化对比分析,框架梁剪力值见表6。

表6 框架梁剪力表

由表6可看出,模型二中楼梯周围框架梁的剪力值较模型一均有不同程度减小,其中5,6轴线剪力变化幅度较大,B,C轴线剪力值变化较小,说明楼梯的拆除使得原本施加在楼梯周围框架梁上的荷载也不同程度减小,进而使得其剪力值均减小,并且沿着楼梯布置方向变化尤为明显。

3.2.3 梯板承载力分析

根据现场实际情况,二层轴线5—6×B—1/B梯板采用三边固定,一边简支的计算模型进行分析。经计算复核,该梯板X方向及Y方向板底及支座钢筋均为构造配筋(200 mm2/m),小于设计配筋251 mm2/m。

4 结构安全性鉴定

根据该框架结构现场检测情况结合结构计算分析,根据GB 50292—2015民用建筑可靠性鉴定标准[8]的规定,该框架结构安全性等级评定为Asu级,安全性符合本标准Asu级的规定,不影响整体承载。

5 结论

本文基于某二层框架结构拆除一侧楼梯的工程实例,通过现场检测与建模分析,得出如下结论:1)该框架结构一侧楼梯拆除后,承载能力满足要求,结构安全性仍满足规范要求。2)楼梯拆除后,框架结构在地震作用下的振动形式未发生改变,楼梯对结构的侧向支撑作用减弱,整体结构的抗侧刚度减小,抵抗地震作用能力减弱,尤其是水平地震力作用。3)楼梯拆除后,周围构件是受力变化最显著部位,楼梯周围框架柱、框架梁上荷载发生变化,导致其原始应力状态发生变化。在类似工程中应根据具体情况进行综合分析,确定其受力是否满足要求。