一種新型預制樓梯連接節點的相關分析

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預制樓梯具有施工便捷、樣式美觀等優勢，目前在裝配式建筑當中廣泛應用。預制樓梯連接節點直接關乎到樓梯應用可靠性，為了充分發揮預制樓梯的重要優勢，有必要對現用連接節點方式進行改進，創新研發一種新型預制樓梯連接節點，并采用有效措施確保在受到順著梯跑方向的地震力作用之后保持一定水平滑移空間，而在受到與梯跑方向相垂直的地震作用時，可以使上下支座共同受力，另外還可在中震、小震作用下確保預制樓梯保持彈性自復位能力。

1 節點設計目標

在預制樓梯應用中，目前使用頻率較高的連接節點做法都有一定不足，所以文章著重設計一種新型預制樓梯連接節點，且設計目標為：①在受到與梯跑方向相垂直的大震作用時，上端和下端的鉸支座可以一起工作，共同受力，有效防止因先后受力出現被一一擊破的問題；②在受到和梯跑方向相平行的地震作用時，確保預制樓梯水平滑移能力充足，以有效減輕或直接消除水平作用影響下主體結構受到來自樓梯的斜撐力；③在受到中震或小震作用時，樓梯保持彈性工作，并且在受到大震作用時可以不跌落；④在受到中震或小震作用時，預制樓梯可保持良好的彈性自復位能力；⑤施工環節不涉及座漿作業，以提升施工效率，縮減工程造價[1]。

2 技術方案

此方案在一種新型長圓孔鋼套筒引入下，確保預制樓梯具有和梯跑方向相平行的水平滑移空間，同時可對預制樓梯與梯跑方向相垂直的位移加以限制。預制樓梯節點主要涉及到樓梯平臺梁、挑耳、預埋鋼墊板、預制樓梯、預埋螺栓、套筒凹槽扣盒、圓孔和長圓孔鋼套筒。

在樓梯連接節點安裝期間，涉及到的安裝步驟為：

（1）上端伸出挑耳，下端平臺梁在下方同樣伸出挑耳，將鋼墊板預埋于挑耳上；

（2）再挑耳鋼墊板上方放置預制樓梯，在梯板上端和下端的預留圓孔中穿入預埋螺栓；

（3）將圓孔鋼套筒套于上支座當中的預埋螺栓當中，將長圓孔鋼套筒套于下支座分布的預埋螺栓上，讓長圓孔套筒對應孔長方向平行于梯跑方向；

（4）將螺母擰緊，并利用螺栓是挑耳、梯板、套筒緊固的連接于一起；

（5）針對套筒上部的凹槽利用扣盒進行封堵，并對預留圓孔的上方進行灌漿作業，圓孔上方處于封閉狀態，下方為空腔。

鋼墊板的應用使支座和梯板兩者具有更小摩擦力，從而使主體結構更少的受到來自梯段的斜撐作用力。安裝施工中不涉及座漿作業。在上支座當中分布的圓孔套筒其孔徑可實現螺栓穿過，同時能夠和螺桿保持緊密貼合。而在下支座中，長圓孔套筒其孔寬等同于圓孔套筒的孔徑，梯跑方向和孔長方向平行，這樣梯板就具備了和梯跑方向平行的水平滑移空間，確保在受到中震或小震作用時梯段能夠實現滑移和及時復位[2]。和梯跑方向垂直方位上，圓孔套筒和長圓孔套筒能夠使上方和下方的螺栓共同受力，基本上可將螺栓看作是單跨超靜定梁模型。預埋螺栓對應抗側移剛度可以對地震能量加以消耗，確保樓梯具備良好的自復位能力。

3 節點參數

建筑主體結構需基于抗震防設三水準原則，確保小震不壞、中震可修、大震不倒，并在相應原則下明確樓梯構件的層間變形控制值。針對預埋螺栓，其抗震設防屬于8 度，方案中基本地震加速度保持0.3g 同步考慮為8.8 級M18，上下支座之間螺栓凈長度考慮為70mm。相應條件下，螺栓只用在螺母安裝部位保留螺紋，而在和套筒相貼合部位無需設置螺紋。

在公共建筑屬于鋼筋混凝土框架結構時，將層高設定在4.2m，并考慮包含兩跑樓梯，此時大震情況下層間位移限值是42mm，小震情況下層間位移限值是3.81mm；在住宅建筑屬于鋼筋混凝土框架結構或者是剪力墻結構時，設定為剪刀梯，且層高為3m。在大震情況下，層間位移限值是30mm，在小震情況下層間位移限值是3.75mm。綜合來說，在雙跑樓梯且層高為4.2m 情況下，主要發揮控制作用。

受到中震作用力影響下，結構整體位移約8.38mm，在長圓孔套筒中將孔長設定為40mm，那么螺栓所保持凈滑移空間是11mm，超過8.38mm，與中震作用力下預制樓梯所提出的相應自由滑移要求相符合。由于長圓孔套筒的孔寬等同于圓孔套筒的內徑，需讓螺栓穿過，同時和螺桿緊密貼合。

受到大震作用力影響下，部分層間位移可利用螺栓順著長圓孔套筒對應長向孔隙實現滑移釋放，而其他部分則通過螺栓彎剪變形實現釋放，此時剩余變形量保持在31mm[3]。因為樓梯上端和下端分布著型號相同的螺栓，具有同等的受力和側移變形量，所以樓梯上端和下端對應預留圓孔需要確保螺栓彎剪變形空間不小于15.5mm。上圓孔的下方其孔徑保持在55mm，而在下圓孔下方主要設計的是下粗上細的圓臺形，此時上口孔徑保持在55mm，下口孔徑保持在75mm。

圓孔套筒和長圓孔套筒其外徑相等，綜合考慮保持在75mm。圓孔套筒和長圓孔套筒其整體高度均保持在65mm，并且凹槽深度保持在25mm。在套筒凹槽當中嵌入螺母，同時將槽口扣盒設置于凹槽上部。和灌漿料相結合的套筒外周面需要設置加肋、螺紋、或刻痕。結合套筒外徑明確圓孔上方和下圓孔上方的預留孔尺寸，綜合考慮下，深度保持在95mm，內徑保持在100mm。

4 結語

文章主要研究一種新型預制樓梯連接節點，并引入了鋼墊板、預埋螺栓和長圓孔鋼套筒，能夠使預制樓梯獲得和梯跑方向相平行的水平滑移，同時還可在水平作用力下削弱主體結構受到來自樓梯的斜撐作用力，同時促使在與梯跑方向相垂直情況下，樓梯上下支座可以共同受力，對樓梯扭轉碰撞加以控制。在中震、小震作用發揮下，確保預制樓梯節點保持彈性工作，能夠自動復位，此方案中不涉及做漿施工，使安裝效率顯著提升。