装配式预制楼梯节点抗震连接技术

Abstract： With the development of residential industrialization， prefabricated buildings have been widely promoted and used. In prefabricated buildings， prefabricated stairs serve as emergency evacuation routes， and the stability and seismic resistance of their node connections are particularly important. This article elaborates on four methods for seismic connection of prefabricated staircase nodes， namely buffer damping connection， damping support connection， flexible deformation material connection， and staggered overlapping damping connection. By comparing and analyzing the advantages and disadvantages of various seismic connection methods， a scalable prefabricated staircase node seismic connection device and method are proposed， and the prospects for seismic absorption and energy dissipation of prefabricated staircase node connections are put forward.

Keywords： Refabricated prefabricated stairs; Node connection; Anti-seismic

引言

装配式建筑具有绿色、环保、节能等优点，因此发展装配式建筑有利于节约资源、减少污染、提高生产效率，符合未来建筑产业化、绿色节能化的发展要求。[1-3] 国家更是在（国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见（国办发〔2016〕71 号））中指出，采用装配式结构可以促进建筑产业化转型升级。[4] 由于装配式建筑是将工厂预制好的建筑物构件和配件运输到施工现场，然后用可靠的连接方式装配而成的建筑。其中，各结构之间的节点连接是装配式建筑施工中的关键，薄弱的节点连接将会导致建筑抗震性能和整体性较差。而在装配式建筑中，装配式楼梯作为紧急的疏散通道，其节点的连接更需要满足高强度、高稳固性、强抗震性等使用要求。目前，装配式楼梯节点的连接常采用预埋螺栓连接和预留锚筋现浇连接，这两种连接方法虽然起到了固定连接的作用，但预埋螺栓连接在安装过程中定位难度大，对工人技能要求高。预留锚筋现浇连接在施工过程中需要二次浇筑，会造成工序繁琐，工期延长等问题。另外，当建筑结构受到地震作用时，采用预埋螺栓节点连接或预留锚筋节点连接施工，会因其为刚性连接而无法在节点处减震耗能，从而导致楼梯产生裂缝或破坏。[5] 虽然，现在已有相关技术人员对装配式楼梯节点抗震连接方法进行了改进，但是仍存在问题，故需研究出一种既施工简便又要减震耗能的连接方式，这对接下来装配式楼梯节点连接的研究具有深远的意义。

1. 楼梯节点抗震连接方法

为了解决装配式楼梯节点的连接抗震性能差的缺点，国内研究人员对其进行了研究改进，以下将对几种节点连接方式进行具体阐述。

1.1 缓冲减震连接

传统的装配式楼梯节点连接常采用螺栓连接和现浇锚固连接，胡俊、石文斌等 [6] 人结合这两种传统的连接方式，发明了一种装配式楼梯连接装置。其连接方法主要是在上下两个预制梯梁上分别设置方槽，上梯梁方槽表面设有长条孔，侧面设有连接孔，且长条孔与连接孔是相互连通的，预制楼梯板上端预埋钢筋可深入连接孔内，然后可通过长条孔对连接孔内进行灌浆。预制下梯梁凹槽表面设有缓冲层，下梯梁内部设置有预埋管，预制梯板下端内部设置有圆孔，连接杆可分别插入下梯梁预埋管与预制梯板下端的圆孔内，以此方法对预制楼梯的下梯梁与预制梯板下端进行连接。

1.2 减震支座连接

为了消除梯板的斜撑作用，避免地震时楼梯板先于主体发生破坏，谭平、张亚飞 [7]发明了一种新型装配式楼梯隔震支座。其支座主体是由橡胶层与工程塑料板交替硫化而成，连接件则是在其上端与下端分别设置连接钢板，连接板上焊接有预留钢筋，且水平梯板与梯梁上分别预留有孔洞，将此支座连接板上的钢筋放置于楼梯梯梁与水平梯板之间的孔洞里，并在空洞内灌注比水平梯板与梯梁混凝土高一等级的混凝土，以此方法对减震支座与水平梯板、梯梁进行连接。

1.3 柔性变形材料抗震连接

装配式楼梯节点采用螺栓连接，地震时螺栓会因受剪力而破坏，张守峰、姚远 [8] 因此发明了一种柔性变形材料抗震连接方法。其主要思路是在预制水平梯板内设置哑铃型的预留螺栓孔，在牛腿形状的预制梯梁上预留与螺栓直径相同的预留螺栓孔，将螺栓插入水平梯板与梯梁对接好的螺栓孔内，并用螺母进行固定连接。最后，将不同材料配比而成的变形材料灌入水平梯板内预留的哑铃型螺栓孔内，以此方法对水平梯板和梯梁进行连接。

1.4 错位搭接减震连接

通常在地震作用下，楼梯在一定程度会受到一部分水平力，则楼梯容易发生损毁，不利于主体结构的安全。韦志亚、冯龙等 [9] 发明了一种错位搭接隔震装配式楼梯节点连接方法。其方法主要是错位设置上层梁和下层梁，上层梁设置有限位凹槽，在凹槽的上层梁与楼梯板上端接触的部位上设置减震垫，然后将预制梯板上端设置的定位件搁置于有限位凹槽内，并在凹槽内留有相应的间隙，用来填充柔性封堵胶。下层梁表面设置预埋管，楼梯板底端设置竖向贯孔。将预埋管穿入贯孔中，利用螺母对预埋管上端进行连接。

2. 各连接方法的优缺点

综合以上各装配式楼梯节点抗震连接方法都存在着缺点和优点。缓冲减震连接运用了螺栓连接和现浇连接两种方法，并在下梯梁凹槽内设置缓冲垫，虽然结构新颖，楼梯板下端与下梯梁的接触面全方位隔离缓冲，大幅减少冲击力。但是螺栓连接与现浇连接为刚性连接，地震时减震耗能差，不能达到很好的减震效果；减震支座连接运用橡胶板与塑料板交替叠合硫化而成的减震支座构成，其连接主要是靠支座上下端的钢板进行连接。这种方法消除了梯板的斜撑作用，提高了抗震性能，但支座与楼梯板、梯梁连接处为薄弱环节，地震时容易在连接处破坏，且橡胶板与塑料板不防火，发生火灾时楼梯不能作为紧急逃生通道；柔性变形材料抗震连接是将水平梯板预留的螺栓孔设置成哑铃状，在螺栓连接完毕后在哑铃型螺栓孔内灌入变形材料。此方法在地震级数较小时，变形材料受螺栓挤压而变形，有效释放地震作用下楼梯的斜撑作用力。当地震较大时，螺栓受力破坏，变形材料受挤压破碎从而消耗能量达到减震效果。但地震后的螺栓将会变形导致强度降低，楼梯将无法继续使用；错位搭接减震连接是错位设置上下梯梁，上梯梁运用有限位凹槽和定位件进行搭接，并在楼梯板上端与凹槽接触的部位设置减震垫。下梯梁则采用预埋管与贯通孔对接进行连接。地震作用时，预制楼梯板通过减震垫将力传递于上层梁，减少自身能量储存，减少楼梯结构破坏。但上梯梁只用凹槽和定位件搭接，其连接强度较低，抗震性能较差。下梯梁采用预埋管连接，其连接为刚性连接，抗震效果差。四种连接方法具体优缺点如下表 1

3. 结论与展望

装配式楼梯节点抗震连接减震垫缓冲连接，虽在连接处设置减震缓冲层，但连接仍采用螺栓连接和现浇锚固连接不能达到很好的减震效果；减震支座连接消除了楼梯板斜撑作用，但其连接处强度较低，地震时其连接处为薄弱环节；变形材料连接，地震时可适当变形达到减震效果，但地震级别较大时，变形材料将受力破坏，连接处的螺栓也会因此受剪断裂，从而影响二次使用；错位搭接抗震连接是依靠力的传递来减少楼梯板的破坏，其方法减震效果较差。

虽然国内外对装配式楼梯节点的连接已经取得了一些成果，但主要在装配式楼梯节点施工简便、缩短工期以及简单的减震装置方面，而关于减震耗能的楼梯节点连接方法研究成果较少，因此在装配式楼梯节点连接减震耗能方面仍需深入研究。

参考文献

[1] 王立新 . 探究预制装配式建筑施工技术 [J]. 科技创新与应用，2020（11）：156-157.

[2] 魏明海， 马茹萱， 李丽红. 装配式建筑绿色度评价指标体系构建[J]. 沈阳建筑大学学报 （ 社会科学版 ）， 2017（03）：71-75.

[3] 石振武，王金茹，绿色供应链视角下装配式建筑可持续性评价研究 [J]. 工程管理学报，2020（02）：32-37.

[4] 孙新春 . 房屋建筑装配式混凝土结构施工的关键技术探析 [J]. 绿色环保建材，2020（04）：162-163.

[5] 邢海滔 . 装配式建筑抗震节点研究概况 [J]. 科学技术创新，2020（12）：153-154.

[6] 胡峻 ， 胡友华 ， 石斌 ， 等 . 一种装配式楼梯连接装置 [P]. 中国专利，CN201711051645.8，2017-10-31.

[7] 谭平 ， 张亚飞 ， 徐凯 ， 等 . 新型装配式楼梯隔震支座 [P]. 中国专利，CN201710476739.3，2017-06-21.

[8] 张守峰， 姚远， 刘克， 等. 一种用于装配式楼梯的柔性灌孔材料及其制备方法 [P]. 中国专利，CN201810805497.2，2018-07-20.

[9] 韦志亚，冯龙，周景芸 ， 等 . 隔震装配式楼梯结构 [P]. 中国专利，CN201910220239.2，2019-03-22.