李娜，徐其功，黃麗萍， 魏偲

（1.廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣州510010；2.佛山建裝建筑科技有限公司，廣東 佛山528000）

1 引言

隨著裝配式建筑的發(fā)展[1]，預(yù)制樓梯構(gòu)件作為裝配式建筑中的重要組成部分[2]得到了廣泛運(yùn)用。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆樓梯在梯段內(nèi)采用板式做法，樓梯跨度及板厚都較大，當(dāng)采用預(yù)制樓梯時(shí)，往往因自重較大，而給現(xiàn)場(chǎng)吊裝帶來(lái)負(fù)擔(dān)，特別是住宅項(xiàng)目的剪刀梯，單個(gè)樓梯構(gòu)件自重超過(guò)50 kN，極大地增加了吊裝負(fù)擔(dān)。

對(duì)于預(yù)制樓梯構(gòu)件，為保證能順利吊裝，目前采用的做法主要有2 種：一是直接加大塔吊吊裝能力；二是將跨度大的預(yù)制樓梯分為2 段，中間設(shè)結(jié)構(gòu)梁將2 段樓梯連接為一個(gè)整體。加大塔吊吊裝能力，會(huì)直接增加整個(gè)項(xiàng)目的建造成本；而將樓梯構(gòu)件分為2 段的做法，會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)的吊裝工作量。

隨著裝配式建筑的發(fā)展，樓梯構(gòu)件對(duì)裝配式項(xiàng)目的吊裝影響，特別是對(duì)裝配式住宅項(xiàng)目的吊裝影響，將會(huì)更加突出。

2 預(yù)制樓梯選型

以常規(guī)住宅項(xiàng)目3.0 m 層高，樓梯間寬度2 500 mm，參考國(guó)標(biāo)圖集《預(yù)制鋼筋混凝土板式樓梯》（15G367-1）[3]，單跑樓梯寬度1 250 mm（梯段1 160 mm）的標(biāo)準(zhǔn)樓梯進(jìn)行測(cè)算。樓梯體積為1.993 m3，重量約為49.8 kN。

構(gòu)件吊質(zhì)量為構(gòu)件質(zhì)量加吊具質(zhì)量，其中吊具質(zhì)量約0.5 t，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)板式預(yù)制樓梯的總吊質(zhì)量為5.48 t。為滿足此要求，施工選用的塔式起重機(jī)通常需TC70 及以上規(guī)格，對(duì)比傳統(tǒng)住宅項(xiàng)目的起重機(jī)選型TC60，其市場(chǎng)租賃費(fèi)用約為2～3 倍，為現(xiàn)場(chǎng)安裝帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

綜合考慮受力、制作、安裝等方面的因素，選用雙梁+薄板的梁式樓梯方案，作為本次減重試驗(yàn)的研究對(duì)象。梯板厚40 mm，梯梁150 mm×250 mm，為避免安裝及運(yùn)輸過(guò)程中磕碰導(dǎo)致?lián)p傷，兩端設(shè)封口梁150 mm×220 mm。為使樓梯質(zhì)量進(jìn)一步降低，在踏步中增設(shè)空心PVC 管，選用市場(chǎng)上可直接購(gòu)買的常規(guī)水管（本次選用D90 mm 空心管），在吊裝需利用到的踏步中不設(shè)空心管。試驗(yàn)樓梯剖面如圖1 所示，此時(shí)預(yù)制樓梯混凝土體積為1.102 m3，質(zhì)量約為2.76 t，考慮吊具后的總吊質(zhì)量為3.26 t，常規(guī)起重機(jī)的已能滿足此要求。

圖1 試驗(yàn)輕型樓梯剖面尺寸（單位：mm）

3 靜力試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次試驗(yàn)屬于預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能檢驗(yàn)，根據(jù)GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[4]中9.2.2條，鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行承載力、撓度和裂縫寬度檢驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)方案及加載數(shù)值

試驗(yàn)樓梯按正常受力狀況，斜放于預(yù)先搭設(shè)的支承鋼架上，采用靜力試驗(yàn)加載方式。

為便于制作，試驗(yàn)梯未采用標(biāo)準(zhǔn)國(guó)標(biāo)模式，而是按等寬1 200 mm 制作，試驗(yàn)梯兩端各入支座200 mm，樓梯跨度為5420-2×200/2=5 220 mm。預(yù)制樓梯自重為27.82 kN，扣除支座以外部分后，還余26.5 kN。

檢驗(yàn)荷載按以下規(guī)定：

1）根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2015年版）[5]，對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，鋼筋混凝土構(gòu)件按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用的影響。

根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[6]，高層住宅樓梯活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5 kN/m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.3。預(yù)制樓梯構(gòu)件因其表觀質(zhì)量良好，實(shí)際工程中不需要額外增加抹灰等裝飾面層，樓梯所承受的永久荷載只是構(gòu)件自重。

在扣除構(gòu)件自重后，撓度和裂縫寬度檢驗(yàn)，試驗(yàn)所施加的荷載為0.3×3.5=1.05 kN/m2，實(shí)際加載總值為1.05×1.2×5.22=6.58 kN。

2）根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，承載力檢驗(yàn)荷載按照荷載基本組合值確定。

因構(gòu)件在加載試驗(yàn)前無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)破壞形態(tài)，根據(jù)GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中表B.1.1，可取承載力檢驗(yàn)系數(shù)1.20。

扣除自重后，試驗(yàn)施加的總荷載為1.20×（1.5×3.5×1.2×5.22+1.3×26.5）-26.5=54.3 kN；

其中，僅滿足承載力設(shè)計(jì)值所施加的荷載值為1.5×3.5×1.2×5.22+1.3×26.5-26.5=40.8 kN。

3）按實(shí)際加載范圍等效后的加載值。實(shí)際在試驗(yàn)中，采用堆放鋼筋的形式模擬加載，樓梯上下部平板位置并未堆放鋼筋，加載范圍僅為梯段臺(tái)階范圍，圖2 為樓梯試驗(yàn)加載圖片。

圖2 樓梯試驗(yàn)加載圖片

根據(jù)GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》B.2.3 條，當(dāng)荷載布置不能完全與設(shè)計(jì)的要求相符時(shí)，應(yīng)按荷載效應(yīng)等效的原則換算。本次試驗(yàn)對(duì)象為典型的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，按計(jì)算區(qū)段內(nèi)最大彎矩相等的原則進(jìn)行換算后，所需施加的總加載值為原數(shù)值的0.867。

因此，正常使用極限狀態(tài)加載總值為0.867×6.58=5.7 kN；承載力檢驗(yàn)荷載加載總值為0.867×54.3=47.08 kN；滿足承載力設(shè)計(jì)值所施加的荷載值為0.867×40.8=35.37 kN。

3.3 加載方案

1）撓度和裂縫寬度檢驗(yàn)荷載分4 級(jí)施加，分級(jí)加載（kN）: 0→1.5→3→4.5→6。

2）承載力檢驗(yàn)荷載分6 級(jí)施加，分級(jí)加載（kN）:6.0→14→21→28→35→42→48。

3）本次荷載試驗(yàn)加載方式為單調(diào)加載，每級(jí)加載完成后，持續(xù)10 min，加載到極限值后，持續(xù)30 min；

4）當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，終止加載：（1）完成單調(diào)加載的全過(guò)程；（2）試驗(yàn)構(gòu)件出現(xiàn)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)的檢驗(yàn)標(biāo)志。

3.4 測(cè)量方案

在樓梯支座、中點(diǎn)、1/4 點(diǎn)處共布置15 個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，具體如圖3 所示。在加載過(guò)程中的各級(jí)荷載作用下觀測(cè)各測(cè)點(diǎn)的撓度發(fā)展情況，同時(shí)觀測(cè)樓梯在試驗(yàn)過(guò)程中是否有裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

圖3 試驗(yàn)構(gòu)件15 個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)

4 靜力試驗(yàn)結(jié)果

4.1 試驗(yàn)構(gòu)件加載情況

預(yù)制樓梯邊梁和踏步梯板在各檢驗(yàn)階段試驗(yàn)過(guò)程中，撓度發(fā)展穩(wěn)定，未出現(xiàn)突變。

但因現(xiàn)場(chǎng)加載方式及支承裝置的限制，當(dāng)試驗(yàn)加載至39.5 kN 時(shí)，踏步上堆積的鋼筋過(guò)多，工人行走困難，現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件支承裝置也出現(xiàn)了即將失穩(wěn)的跡象。為安全起見，現(xiàn)場(chǎng)終止試驗(yàn)。

4.2 試驗(yàn)構(gòu)件的最大撓度

各級(jí)荷載作用下，樓梯跨中測(cè)點(diǎn)7～9 的撓度量測(cè)值詳見表1。

表1 跨中測(cè)點(diǎn)7～9 的撓度量測(cè)值

根據(jù)GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》附錄B，撓度、裂縫寬度檢驗(yàn)階段的撓度限值為（不考慮受壓配筋）5 220/200/2=13.05 mm，承載力極限狀態(tài)的撓度限值為5 220/50=104.4 mm。

試驗(yàn)過(guò)程中，樓梯邊梁與踏步梯板在各檢驗(yàn)階段跨中最大撓度值與撓度限值的比對(duì)詳見表2。

表2 各檢驗(yàn)階段跨中最大撓度值與撓度限值的比對(duì)

4.3 試驗(yàn)構(gòu)件的最大裂縫

試驗(yàn)過(guò)程中，樓梯在承載力檢驗(yàn)階段，邊梁出現(xiàn)明顯可見裂縫，兩側(cè)梁裂縫開展情況基本一致。

根據(jù)GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》附錄B，撓度、裂縫寬度檢驗(yàn)階段最大裂縫寬度限值為0.2 mm，承載力檢驗(yàn)極限狀態(tài)時(shí)，受拉主筋處的最大裂縫寬度為1.5 mm。

試驗(yàn)構(gòu)件在各檢驗(yàn)階段，最大裂縫寬度與裂縫限值的比對(duì)詳見表3。

表3 各檢驗(yàn)階段最大裂縫寬度與裂縫限值的比對(duì)

5 結(jié)語(yǔ)

1）預(yù)制樓梯邊梁和踏步梯板在撓度、裂縫寬度檢驗(yàn)階段，最大撓度值分別為2.163 mm 和2.130 mm，均小于撓度檢驗(yàn)允許值，試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)明顯可見裂縫。

2）預(yù)制樓梯邊梁和踏步梯板在承載力檢驗(yàn)階段試驗(yàn)過(guò)程中，因加載方式及支承裝置的限制，最大加載值為39.5 kN，雖未滿足承載力檢驗(yàn)系數(shù)1.2 倍的要求，但已超過(guò)承載力設(shè)計(jì)值要求35.7 kN。

3）預(yù)制樓梯邊梁和踏步梯板在承載力檢驗(yàn)階段試驗(yàn)過(guò)程中，撓度發(fā)展穩(wěn)定，未出現(xiàn)突變。在試驗(yàn)終止時(shí)出現(xiàn)的最大撓度值分別為18.633 mm 和18.101 mm；加載過(guò)程中邊梁出現(xiàn)明顯可見裂縫，最大裂縫寬度為0.23 mm。無(wú)論是撓度還是裂縫，均遠(yuǎn)小于達(dá)到承載力檢驗(yàn)極限狀態(tài)的數(shù)值限制。