某框架結構拆除樓梯后安全性鑒定與影響分析

呂文乾，賈軍國，宋翰文

(1.甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司,甘肅 蘭州 730070;2.甘肅省建設工程檢驗檢測認證中心有限公司,甘肅 蘭州 730070)

樓梯作為建筑物中重要的垂直交通設施,也是危險時刻的重要逃生和救援通道[1]。樓梯作為建筑物的一部分,承擔著樓層之間的連接功能。拆除樓梯后,建筑結構會失去部分支撐而導致局部穩定性喪失,進而使結構整體穩定性受到影響,增加建筑物傾斜、失穩、坍塌的風險。同時樓梯在建筑結構中起著分散和傳遞荷載的作用,拆除樓梯后荷載分布發生改變,可能會導致結構其他構件承受更大的荷載,增加其他構件的應力和變形。近年來,拆除樓梯的現象時有發生,作為房屋結構的重要組成部分,對樓梯拆除產生的影響進行研究分析,具有一定的研究價值與工程實際意義。

1 工程概況

該工程為7度(0.15g)地區地上二層現澆鋼筋混凝土框架結構,設計用途為商鋪,框架抗震等級三級,基礎為柱下獨立基礎。該工程主體高度為8.25 m,室內外高差0.15 m,一層層高為4.2 m,二層層高為3.9 m。墻、柱、梁、板及樓梯構件強度等級均為C30;內隔墻與外圍護墻均采用加氣混凝土砌塊。建設單位在裝飾裝修過程中將5—6×B—C軸線間混凝土樓梯拆除,拆除部分為梯板、中部梯梁及中部休息平臺,保留二層樓面標高處梯板。現場已將5—6×B—C軸線間混凝土樓梯完全拆除,為確定樓梯拆除后結構整體及局部受力變化是否影響到結構整體安全及局部構件的安全性,進行現場檢測并結合結構建模綜合分析其安全性及受力變化情況。該框架一層、二層結構布置示意圖見圖1,圖2。

2 現場檢測調查

經過現場實際調查發現,該工程已拆除C×5—6軸線中部梯梁、梯板、中部休息平臺,僅保留二層樓面標高處梯板。拆除后,為進一步確定該結構安全性,現場對該工程進行相關檢測。

2.1 混凝土強度檢測

根據現場工程實際情況并結合GB/T 50784—2013混凝土結構現場檢測技術標準[2],在該工程一層、二層選取樓梯間框架柱、框架梁,采用回彈法進行構件強度檢測,所檢測框架柱、框架梁混凝土抗壓強度均大于C30,滿足設計要求。

2.2 鋼筋配置檢測

根據現場實際情況,在該工程一層、二層選取樓梯間框架柱、框架梁,采用鋼筋掃描儀對框架柱及框架梁配筋進行檢測。所選取框架柱鋼筋配置均為10@100,框架梁縱向受力筋及箍筋均為HRB335級鋼筋。經檢測,一層、二層框架柱及框架梁所檢測單側受力筋根數均滿足設計要求,所檢測箍筋間距均滿足GB 50204—2015混凝土結構工程施工質量驗收規范[3]中關于鋼筋間距允許偏差的規定。

3 結構計算分析

根據該工程設計圖紙及現場實際情況,為進一步分析5—6×B—C軸線樓梯拆除后對該樓整體影響及樓梯間周圍各構件的影響,利用PKPM軟件分別建立樓梯拆除前(模型一)與樓梯拆除后(模型二)的計算模型,進行對比分析。模型一、模型二示意圖見圖3,圖4。

3.1 結構整體分析

3.1.1 結構自振周期

考慮到低階振型在框架結構的地震作用中影響占比較大[4],本文選取框架結構模型的前6階振型進行周期的變化分析,各階振型分析見表1。

表1 振型分析

由表1可以看出,樓梯拆除前和樓梯拆除后,第一階振型均為Y方向的平動,第二階振型均為X方向的平動,第三階振型均為Z方向的扭轉,結構振動形式未發生變化[5-6]。對比模型一、模型二的各階振型下的周期變化,模型一的結構周期均小于模型二的結構自振周期,說明該框架結構一側樓梯拆除后自振周期有一定程度的增長,樓梯的拆除使得該框架結構抗側剛度減小,結構抵抗地震作用能力相對減小,樓梯對框架結構的側向支撐作用相對削弱。

3.1.2 剪重比

經PKPM建模分析,得出該框架結構在拆除一側樓梯前后的剪重比,具體見表2。由表2可看出,模型二在X,Y兩個方向上的剪重比較模型一均有一定程度的增長,表明拆除一側樓梯對該框架結構的剪重比產生影響,對整體結構產生一定程度的影響。樓梯拆除前與樓梯拆除后,該框架結構的剪重比均滿足GB 50011—2010建筑抗震設計規范(2016年版)[7]第5.2.5條“結構在多遇水平地震作用下,扭轉效應明顯或基本周期小于3.5 s、抗震設防烈度為7度(0.15g)時,樓層最小剪重比限值為0.024”的要求。

表2 剪重比

3.1.3 層間位移與樓層剪力分析

模型一和模型二兩種工況下的層間位移角、樓層剪力、樓層位移情況見表3。由表3可看出,樓梯拆除前后X,Y方向的層間位移角均小于1/550,滿足GB 50011—2010建筑抗震設計規范(2016年版)第5.5.1條“框架結構層間位移角限值為1/550”的要求。模型一較模型二相比,X,Y兩個水平方向的樓層位移增大,說明一側樓梯拆除后地震作用下水平方向的約束與支撐作用減弱,并以第一平動方向的變化幅度最大。

表3 層間位移角、樓層剪力、樓層位移

3.2 樓梯周圍構件受力分析

樓梯拆除后,框架結構整體發生一定變化,所拆除的樓梯周圍構件的受力情況也隨之發生變化,為進一步確定其周圍構件的受力情況,現選取樓梯周圍4根框架柱、4道框架梁進行受力分析。

3.2.1 框架柱影響分析

本文通過樓梯拆除前后不同情況下,樓梯周圍框架柱軸壓比及軸力變化情況,進行框架柱受力變化對比分析,框架柱軸壓比與軸力分別見表4,表5。

表4 框架柱軸壓比

表5 框架柱軸力表

由表4可得出,樓梯周圍一層各框架柱的軸壓比相比樓梯拆除之前均有所減小,且都滿足GB 50011—2010建筑抗震設計規范(2016年版)第6.3.6條“框架抗震等級為三級時,軸壓比限值為0.85”的要求,表明樓梯拆除后荷載減小、框架柱軸力減小,由于樓梯荷載作用于一層結構上,故二層柱軸力未發生變化,軸壓比保持不變。

由表5可以看出,模型一即樓梯拆除前周圍各框架柱的軸力均大于樓梯拆除后的軸力,其受力均為受壓狀態下的壓應力,表明樓梯拆除后荷載減小,作用在樓梯周圍各框架柱的軸力也相應減小,減小幅度在0.30～0.50之間。

3.2.2 框架梁影響分析

本文通過樓梯拆除前后不同情況下,樓梯周圍框架梁剪力變化情況,進行框架梁力變化對比分析,框架梁剪力值見表6。

表6 框架梁剪力表

由表6可看出,模型二中樓梯周圍框架梁的剪力值較模型一均有不同程度減小,其中5,6軸線剪力變化幅度較大,B,C軸線剪力值變化較小,說明樓梯的拆除使得原本施加在樓梯周圍框架梁上的荷載也不同程度減小,進而使得其剪力值均減小,并且沿著樓梯布置方向變化尤為明顯。

3.2.3 梯板承載力分析

根據現場實際情況,二層軸線5—6×B—1/B梯板采用三邊固定,一邊簡支的計算模型進行分析。經計算復核,該梯板X方向及Y方向板底及支座鋼筋均為構造配筋(200 mm2/m),小于設計配筋251 mm2/m。

4 結構安全性鑒定

根據該框架結構現場檢測情況結合結構計算分析,根據GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標準[8]的規定,該框架結構安全性等級評定為Asu級,安全性符合本標準Asu級的規定,不影響整體承載。

5 結論

本文基于某二層框架結構拆除一側樓梯的工程實例,通過現場檢測與建模分析,得出如下結論:1)該框架結構一側樓梯拆除后,承載能力滿足要求,結構安全性仍滿足規范要求。2)樓梯拆除后,框架結構在地震作用下的振動形式未發生改變,樓梯對結構的側向支撐作用減弱,整體結構的抗側剛度減小,抵抗地震作用能力減弱,尤其是水平地震力作用。3)樓梯拆除后,周圍構件是受力變化最顯著部位,樓梯周圍框架柱、框架梁上荷載發生變化,導致其原始應力狀態發生變化。在類似工程中應根據具體情況進行綜合分析,確定其受力是否滿足要求。