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樓梯破壞形式及加固方法

近年來,全球地震災害頻發,給人類帶來了巨大的傷害和經濟損失,尤其是08年汶川地震給中國國民敲響了警鐘。在救災過程中,存在大量框架甚至剪力墻結構受損嚴重,究其根本,在于前期設計建造過程中對抗震設防措施考慮不夠完善。

其中,房屋結構的樓梯作為重要的緊急逃生豎向通道,在抗震加固研究中正受到越來越多的重視,應嚴格按照《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223—2008進行抗震加固。

樓梯的震害類型及其分析

在險情發生時,建筑物內人員主要通過樓梯進行疏散。樓梯若發生破壞,會造成大量的人員傷亡并阻礙后期的救援工作。為保證它的安全性,樓梯不僅要有足夠的承載力與整體性,同時還要確保非結構構件在以上極端情況下不會發生脫落。 

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1.1 梯段板破壞

震害發生時,樓梯梯板板底位置的混凝土呈現大面積脫落、鋼筋裸露現象,或者裂縫沿梯板寬度方向整條貫通的情況等(見下圖)。在地震發生時,樓梯梯板相當于“K”型支撐構件,梯板底部受力主筋受壓彎曲直至屈服破壞, 最終造成梯板拉斷。 

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1.2 樓梯平臺梁破壞

梯梁側面在兩個梯板之間的混凝土開裂脫落(見下圖)。地震發生時,樓梯相當于“K”型支撐構件。樓梯的兩個梯段在樓梯發生層間側移的時候,交替承受外部擠壓,此時梯梁受力屬于彎剪扭復合受力,導致平臺梁在跨中發生剪扭破壞。

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1.3 樓梯平臺板破壞

平臺板的縱向與橫向均有較明顯的裂紋(見下圖)。地震發生時,樓梯在整體構造中屬于斜向構件,與建筑物墻體一起作用,相當于“K”型支撐構件。而樓梯層間休息平臺板,在整體構造中屬于水平支撐,作用機理類似于“耗能梁”。此處吸收地震波能量,造成了震害。

平臺板裂紋情況:

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1.4 樓梯小梯柱破壞

小梯柱柱端處出現柱頭破損,混凝土碎裂脫落,梯梁端處縱筋外露,屈服破壞(見下圖)。樓梯發生這種破壞, 起因應該是混凝土的強度不夠(小梯柱處),或者抗震設計時沒有充分考慮到地震實際發生時此處的“柱端彎矩” 等情況。

樓梯小梯柱破壞: 

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1.5 樓梯間填充隔墻破壞

橫墻出現X型裂縫(見圖左),樓梯間填充墻處構造措施處理不符合規范;樓梯踏步與墻體連接處出現裂縫,梯板與填充墻連接處,拉結構造措施處理不符合規范(見下圖右)

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填充墻剪切裂縫與連接處破壞: 

樓梯常用加固方法的優缺點和適用性

2.1 碳纖維復合材加固

(1)優缺點:

優點:具有良好的耐腐蝕性能和耐久性能;不增加構件的自重和體積;高強高效;纖維復合材料布是一種柔性材料,可廣泛適用于各種結構類型;施工便捷且施工工效高;

缺點:加固構件材質及強度有一定要求,存在一定的局限性,例如被加固的混凝土構件,強度等級不得低于C15,且不能為素混凝土構件;使用后的碳纖維布,不能直接暴露在有害介質或者陽光下,且所在環境溫度不能長期處于60℃以上,對防護及防火要求較高,需增加一定的防護成本。

(2)適用性。

本加固方法適用于受壓、受拉、受彎構件,例如樓梯梯段板、平臺梁、平臺板等。被加固的樓梯構件的砼等級最低為 C15,且砼表面的正拉粘結強度必須大于等于 1.5MPa。在加固設計過程中,碳纖維布僅可計入拉應力計算。使用后的碳纖維布,不能直接暴露在有害介質或者陽光下,且所在環境溫度不能長期處于60℃以上,對防護及防火要求較高。針對部分處于特殊工作環境下的樓梯構件,加固時必須采用專門的膠粘劑,并配合相應的特殊粘貼工藝進行施工。

(3)加固原理

纖維復合材料加固樓梯,主要是利用纖維材料的抗拉性能強的特點,通過粘結物質,使得纖維復合材料與樓梯結構砼產生良好的粘結性,彌補樓梯受拉縱向鋼筋和受剪、抗扭箍筋的不足,以提高樓梯抗彎剪扭的承載力。

由于加固時采用封閉式“U 形箍”,可以起到約束樓梯結構砼橫向變形的作用,進而產生三向壓應力,間接改善了結構砼的強度以及延展性,以達到提高樓梯抗震性能的最終目的。

2.2 粘鋼加固

(1)優缺點

優點:粘貼鋼板加固的平臺梁,抗裂性得到較大改善,同時提高了抗彎剛度。施工技術簡單,粘貼鋼板所使用膠粘劑,硬化速度快且強度也遠高于加固結構砼強度,在縮短施工周期的同時,使加固材料與原結構形成整體受力,避免產生“應力集中”現象。粘貼鋼板加固法,占用空間小且幾乎不改變原有結構外形??梢允褂妹骰?,尤其適用對防火有特殊要求的結構,例如樓梯間加固施工;

缺點:由于鋼板加固的剛性材料特點,膠粘工藝的施工效果對最終加固效果起到決定性作用,且粘貼鋼板加固存在“應力滯后”現象。

(2)適用性

本方法適用于所處工作環境正常適宜且承受靜荷載的受彎或受拉構件的加固,例如樓梯平臺梁、平臺板、梯段板等。被加固的樓梯構件的砼等級最低為C15,且砼表面的正拉粘結強度必須大于等于 1.5MPa。加固后正常工作環境(杜絕化學腐蝕),應保證濕度最高為 70%,溫度最高為 60℃,否則應增加防護措施。

2.3 體外預應力加固

外加預應力加固法,被廣泛應用于混凝土梁板柱的加固,是一種加固效果顯著,同時費用低廉的加固方法。因為加固后對結構外觀有影響,所以比較適用于一些重型結構或者大跨度結構的加固,但不適用于砼收縮徐變較大的建筑結構。

總 結

建議采用粘貼碳纖維布法加固樓梯。以后工作的重點在于嚴格遵照相關標準和規范進行施工,減少后期加固壓力,另外從增強結構的抗倒塌能力出發提高現有結構中樓梯的抗震能力。

卡本復合材料有限公司是集加固材料、先進化學建材、復合材料及配套技術于一體的國家高新技術企業??ū舊昵肓?80余項專利,其中發明專利超50%,擁有十余項高新技術產品??ū咀ㄗ⑽突峁┘際踝裳?、方案設計、材料供應、施工指導、檢測驗收和產品制定。


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