关键词：装配式建筑；预制楼梯；抗震；整体现浇式连接；滑动支座式连接
1工程介绍
勤诚达正大城和园项目，为深圳市装配式建筑认定新规发布后第一个通过评审的住宅类项目，项目用地面积11879.6m2，总建筑面积84225.78m2，其中A座、B座为30层住宅，C座为29层公寓，均采用装配式建筑。
其3种楼型共10个标准户型，具体采用的预制构件种类有：预制外挂墙板、叠合楼板、预制阳台、预制楼梯以及轻质内隔墙条板等，根据深圳市装配建筑认定规则，技术项中的构件标准化、竖向构件、水平构件等19项内容为得分项，A座总评分为58.1分、B座技术评分为58.1分、C座技术评分为58.6分，满足认定规则技术评分不低于50分的装配式建筑认定要求，其中预制楼梯作为重要的竖向构件，在整个评分占比中有着较大的贡献。
2预制楼梯常见连接方式及破坏机理分析
楼梯与主体结构常用的连接方式有两种，一种是整体现浇式连接，一种是滑动支座式连接。
整体现浇式连接就是我们平常所说的刚接，即目前大部分楼梯的连接方式，将梯段板内上下两端的钢筋都与平台梁内的钢筋绑扎在一起，然后与楼板剪力墙等构件同时浇筑为一个整体。现浇式楼梯在结构上相当于一个“斜撑”作用，增强了结构的整体刚度，在地震发生时，通常楼梯会先破坏，造成逃生通道被阻断的现象。
滑动支座式楼梯是指楼梯上端梯段板与平台梁进行固定连接，其连接方式等同于现浇；下端采用滑动支座进行连接，即连接节点处存在结构空腔，使预制楼梯“脱离”整体结构受力。在发生地震时，由于梯段板下端是滑动连接，下端支座会与平台板发生相对滑动，因此楼梯不会先破坏。
3主体结构抗震设计理论分析
框架结构是生活中大量应用的一种结构形式，框架结构刚度相对于框架剪力墙结构的刚度要弱一些，但是框架结构与框架剪力墙结构相比，具有可以灵活的分割房间不受剪力墙的约束等优点，可以做成大空间的建筑房间，因此常见于多层的学校、商场、办公楼等工业与民用建筑当中。框架结构主要由梁柱通过不同的连接方式连接而成，屋面板或楼面板上的荷载传递给梁，梁再传递给柱子，柱子再传递到基础上，这是大多数框架的传力方式。
楼梯作为主要的竖向结构形式，在以往的结构建模计算中，都不考虑楼梯对整个框架体系的影响，但汶川地震以后，国内外专家经过大量研究发现楼梯对框架的整体刚度在某种程度上具有一定的影响，且楼梯与主体不同的连接方式对结构整体刚度的影响程度也不尽相同，故本文选取了局部框架结构体系进行建模，以简化计算，并通过计算地震时结构的内力，来分析比较楼梯连接节点对框架结构整体的影响。
本文针对楼梯对框架结构的影响主要采用的计算理论为振型分解反应谱法，该计算理论优点如下：
（1）考虑了地震动力特性和结构动力特性两者的关系，该方法体现了地面震动的强弱、结构动力特性及场地性质的影响程度。
（2）在计算得出等效地震作用之后的计算属于静力计算，是一种比较简单快速的抗震计算方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4三维计算模型的建立与分析
本章以勤诚达正大城和园项目A座住宅楼实际工程为例，选取其中三层结构，并简化为框架受力状态，应用PKPM建立三个模型A1、A2、A3，其中A1是没有楼梯的纯框架模型结构，A2为楼梯采用刚接连接方式的框架模型，刚接即为现浇整体式楼梯，A3为楼梯采用滑动连接方式的框架模型，滑动连接即预制分离式楼梯。这三个模型，框架主体都完全一样，都是一个三层的框架模型。首层高3.35m，二三层层高2.9m，该结构X方向为13跨，Y方向为5跨，框架柱的截面尺寸为500mm×600mm，X方向的框架主梁截面尺寸为300mm×750mm，Y方向的框架主梁截面尺寸为300mm×650mm，走廊间的主梁截面尺寸为300mm×400mm，次梁截面尺寸为300mm×600mm，楼面板和屋面板的板厚均为140mm。
在计算的时候，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中3.6.6条规定，计算时应带楼梯参与计算，因此在PKPM建模计算时应勾选“带楼梯参与整体计算”，将楼梯当做梁单元来处理，这样整体框架计算的时候，会考虑楼梯对整个框架结构的影响[2-3]。A1、A2、A3三个模型建立好以后，利用SATWE有限元分析方法进行不同水平方向的地震力计算，然后再分别从他们的自振周期、X方向的剪力、Y方向的剪力、基地剪力、X方向和Y方向上的楼层位移等相关数据将三组模型进行对比，得出相应的结论[5]。
本工程的设防地震分组为第一组，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速值0.15g，结构阻尼比为5%，考虑双向地震作用，考虑偶然偏心，计算振型取前9阶[5]。
振型取前9阶，前3阶振型，分别是第一阶沿Y方向平动，第二阶沿X方向平动，第三阶为扭动，前三阶振型楼梯的存在对结构刚度的影响比较明显，振型比较有代表意义。
结论
通过上文的分析，预制楼梯与主体结构采用滑动式连接，即预制楼梯上端固结，下端滑动连接，相比较纯粹的刚接和铰接，滑动连接的楼梯对框架整体刚度的贡献适中，这样在地震作用下楼梯会在支座处发生滑动，消耗一部分地震能量，会使柱子受到的剪力要小一些，既满足了楼梯使用功能，又增加了框架整体的刚度。目前工程上采用的预制楼梯大多数都是采用滑动方式与主体连接的，这也是预制楼梯一个连接方式上的优点，也是一个值得被推广的原因。
预制楼梯作为装配式构件中施工工艺比较成熟的构件，与现浇楼梯相比预制楼梯的质量更有保证，并且生产不受天气环境的影响，在一定程度上可保证施工工期。而受限于国内装配式市场规模与发展状态，装配式技术的研发与应用还需进一步的完善。随着BIM技术的发展，建筑企业在预制装配式建筑施工中，应该把BIM技术的功能得到充分的发挥，保障工作人员可使对施工中各种数据信息可以实时获得[6]，装配式建筑与BIM之间的结合也就是住宅产业化和信息化的结合是今后建筑业发展研究的方向。
参考文献
[1]温庆兵，樊庚贵，张杨，林铄斌.装配式建筑工程总承包管理的探索与实践[J].防护工程,2019(10):50-51.
[2]杨星.PKPM结构软件从入门到精通[M]中国建筑工业出版社,2008.
[3]高航,戴涌,尚鹏举.PKPM08版考虑楼梯的计算方案[C]//工程建设计算机应用创新论坛.2009.
[4]童军.用PKPM建模时必须重视的几个问题[J].中国建设信息,2006(4X):26-28.
[5]于龙飞,杨宗斌.PKPM结构计算分析与设计参数的选择[J].工程建设与设计,2014(8):47-49.
[6]张杨,蒋哲,辛丹,李冠民.浅析预制装配式建筑施工中BIM技术使用方法[J].建筑工程技术与设计,2019(17):74-75.
论文作者:张 杨,张辉灿,林铄斌,蒋哲,赵亦祥
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/9