摘要:经济的发展,促进建筑工程项目逐渐增多。楼梯作为楼房建筑中的主要逃生通道,在设计时需要参考地震承受能力的指标,普通框架结构楼梯在地震作用下,因缺乏缓冲地震作用的能力,将受到较大程度的破坏,不能发挥出安全通道的作用,为民众逃生和救援工作造成极大阻碍。而在框架结构中安装楼梯滑动支座可以发挥出明显的抗震作用。本文就框架结构中楼梯滑动支座的应用展开探讨。
关键词:楼梯;滑动支座;垫板;抗震设计
引言
楼梯具有疏散人群使用功能,是建筑物的重要组成部分,在地震作用下受力较为复杂,地震时,楼梯间的结构破坏现象较为普遍,随着我国结构抗震理念的不断强化,框架结构中滑动支座板式楼梯作为建筑物整体结构抗震的一部分,具有自由滑移,充分化解地震破坏的作用,该设计逐渐开始推广,滑动支座楼梯技术也正在逐步走向成熟。
1滑动支座楼梯设计原理
滑动支座楼梯的设计具有显著的抗震作用,其设计原理为:将传统楼梯设计中的两个固定端改为上端为固定支座,下端为滑动支座,同时在下端的滑动支座处设置具有防腐性的高强度聚四氟乙烯垫板,通过这一改变有效的延缓或者是减轻楼梯段被破坏的可能性。
2研究背景
(1)我国地震灾害多发。我国西南部及中西部地区处于欧亚地震带,东部处于环太平洋地震带,这两大地震带是世界上板块运动最活跃的部位,导致我国地震灾害频发。在太平洋、菲律宾海和印度三大板块的挤压下,我国的地震断裂带分布广泛,很多省份和地区都发生过6级以上的地震,具有震源浅、频度高,以及灾害重等特点。在雨季更容易引发滑坡、崩塌等严重的次生灾害。(2)已采取的应对措施。为降低地震对民众造成的损失,政府组织科研人员及工程技术人员对地震灾区进行考察研究。通过对地震后的受损现状做出评估和总结,结合模型试验研究和理论分析,提出了新的抗震标准:从原有的单一水准设防——在遭遇相当于设计烈度的地震影响时,建筑物的损坏不致使人们生命和重要生产设备遭受危害,建筑物不需修理或经一般修理仍可继续使用发展到“三水准、两阶段设计”和性能化设计阶段,极大地减轻了建筑损失。
3滑动支座选择
设计师在设计楼梯滑动支座时一般会参照16G101—2《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(现浇混凝土板式楼梯)》,目前常用的滑动支座有聚四氟乙烯板、塑料片、钢板(2块钢板间满铺石墨粉)。因塑料片强度较低,耐久性差,钢板时间长了易生锈,同时2块钢板之间满铺石墨粉的施工难度大,质量难以保证,但聚四氟乙烯板具有承载力高,摩擦系数低,耐久性能好,施工方便等优点,所以推荐使用聚四氟乙烯板滑动支座。在图纸会审时,如图纸中未采用聚四氟乙烯板作为滑动支座,建议设计院及建设单位将滑动支座改为聚四氟乙烯板。
4滑动支座安装设计与安装使用
为了缓解钢筋混凝土结构的板式楼梯在抗震时的负荷,可以在楼梯的底部梯梁交接位置安装滑动支座,可在受到负荷时能够避免侧向力和框架结构的双向力,保持结构稳定,确保楼梯在紧急状况下的正常使用。
4.1滑动支座在高层框架结构下的表现
通过对钢筋混凝土高层框架结构在地震情况下的观察,结合抗式连接和方式连接的结构的使用情况对比发现,滑动支座在高层框架结构下能够保持良好的受力和抗震性能。
4.2整体损伤情况
通常情况下,楼梯滑动支座在高层楼房的滑动位移要大于低层楼房,不过效果都是可以正常发挥的。
受损较大的部位处于底层梯柱底部,较轻的部分位于楼梯上段。受到地震力时,楼梯上段部分处于悬挂状态,水平方向的摆动幅度较小,受框架的约束力较大,可发挥出吊架的作用。楼梯下段在地震的作用下,滑动支座发挥出作用,梯段板摆动不受约束,可大幅度摆动,故对平台板和底层梯柱的破坏较直接,不过损伤很少向上部楼梯结构蔓延。这充分说明了滑动支座可以充分释放地震作用在楼梯上的作用力,支座附近的楼梯构件受损较严重,这种牺牲局部保全整体的方式保证了楼梯的正常使用。
4.3滑动支座安装
考虑楼梯混凝土是一次浇筑成型的,在滑动支座位置先绑扎底板平台钢筋,然后安装聚四氟乙烯板,最后再安装上部梯段板钢筋。聚四氟乙烯的安装应定位固定,确保混凝土浇筑过程中不偏位。在滑动支座两侧放置100mm混凝土块,强度等级同楼梯混凝土强度等级,高度同该处板厚。混凝土块安放间距一般为200~300mm,安放完成后在聚四氟乙烯板上做好标记,用钢钉进行固定,安装完成后要用水平仪进行测量,确保安装的平整度。
4.4滑动支座处的受力与位移
在地震作用力下,分析相同的使用楼梯滑动支座的建筑,观察不同的受力方向和结构的反映情况、受损情况等,可以发现在多层和高层建筑中出现不同的位移和受力情况,楼梯滑动支座发挥出不同的效果情况。得出结论,楼梯滑动支座的位移程度受到地震强烈程度的影响较大,地震越强烈,发生位移的程度越大。除部分大地震下的高层建筑楼梯板的下半段部分位移稍有偏差之外,其他的表现略大于多层建筑。相较于传统的钢筋混凝土结构的楼梯构造,安装有楼梯滑动支座的框架结构发挥的作用更显著。
5效益分析与应用前景
5.1效益分析
(1)采用滑动支座代替低端固接支座,将整体现浇楼梯的梯段下端与支承面断开,避免了在楼梯段1/3部位留设施工缝的传统作业方式。(2)对建筑物中的楼梯甚至整体结构,提供了一种提高抗震性能、减轻震害的有效技术措施,安装简单方便,造价相对传统楼梯而言,无明显变化。在框架结构体系中对于楼梯抗震要求较高的地区,有较好的推广前景。(3)地震发生时有效延缓了楼梯间破坏时间或减轻了楼梯的破坏程度,赢得逃生人员的宝贵时间,减轻人员伤亡和财产损失。
5.2应用前景
传统的楼梯在施工时是采用固接的方式连接楼梯两端的,这样虽然有效的增加了楼梯间的刚度,但是在遭遇地震等自然灾害时,常常会导致楼梯的破坏,尤其是地震等自然灾害使楼梯的框架结构遭到破坏后,会严重的限制楼梯建设过程中所赋予的疏散和救援等功能的发挥。所以,在现代建筑中使用滑动支座楼梯,可以使楼梯的整体造型发生变化,提高楼梯整体的抗震能力,通过增加楼梯的适应拉压变形能力减小地震对楼梯的损坏,在当前的框架结构体系中滑动支座楼梯已经有了初步的应用,今后这一楼梯的推广将会是一种必然的发展趋势。
结语
通过对框架结构中楼梯滑动支座实际应用情况分析,深刻认识到建筑设计的环节不仅要考虑美观、空间分布、材质等方面的合理性,还要考虑到重大灾害的预防问题。人们的生命高于一切,作为新时代的建设者,要本着对人类社会负责的态度进行更加深入的探讨和研究。
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