一种新型预制楼梯连接节点的相关分析

中核华辰建筑工程有限公司 陕西西安 710000

预制楼梯具有施工便捷、样式美观等优势，目前在装配式建筑当中广泛应用。预制楼梯连接节点直接关乎到楼梯应用可靠性，为了充分发挥预制楼梯的重要优势，有必要对现用连接节点方式进行改进，创新研发一种新型预制楼梯连接节点，并采用有效措施确保在受到顺着梯跑方向的地震力作用之后保持一定水平滑移空间，而在受到与梯跑方向相垂直的地震作用时，可以使上下支座共同受力，另外还可在中震、小震作用下确保预制楼梯保持弹性自复位能力。

1 节点设计目标

在预制楼梯应用中，目前使用频率较高的连接节点做法都有一定不足，所以文章着重设计一种新型预制楼梯连接节点，且设计目标为：①在受到与梯跑方向相垂直的大震作用时，上端和下端的铰支座可以一起工作，共同受力，有效防止因先后受力出现被一一击破的问题；②在受到和梯跑方向相平行的地震作用时，确保预制楼梯水平滑移能力充足，以有效减轻或直接消除水平作用影响下主体结构受到来自楼梯的斜撑力；③在受到中震或小震作用时，楼梯保持弹性工作，并且在受到大震作用时可以不跌落；④在受到中震或小震作用时，预制楼梯可保持良好的弹性自复位能力；⑤施工环节不涉及座浆作业，以提升施工效率，缩减工程造价[1]。

2 技术方案

此方案在一种新型长圆孔钢套筒引入下，确保预制楼梯具有和梯跑方向相平行的水平滑移空间，同时可对预制楼梯与梯跑方向相垂直的位移加以限制。预制楼梯节点主要涉及到楼梯平台梁、挑耳、预埋钢垫板、预制楼梯、预埋螺栓、套筒凹槽扣盒、圆孔和长圆孔钢套筒。

在楼梯连接节点安装期间，涉及到的安装步骤为：

（1）上端伸出挑耳，下端平台梁在下方同样伸出挑耳，将钢垫板预埋于挑耳上；

（2）再挑耳钢垫板上方放置预制楼梯，在梯板上端和下端的预留圆孔中穿入预埋螺栓；

（3）将圆孔钢套筒套于上支座当中的预埋螺栓当中，将长圆孔钢套筒套于下支座分布的预埋螺栓上，让长圆孔套筒对应孔长方向平行于梯跑方向；

（4）将螺母拧紧，并利用螺栓是挑耳、梯板、套筒紧固的连接于一起；

（5）针对套筒上部的凹槽利用扣盒进行封堵，并对预留圆孔的上方进行灌浆作业，圆孔上方处于封闭状态，下方为空腔。

钢垫板的应用使支座和梯板两者具有更小摩擦力，从而使主体结构更少的受到来自梯段的斜撑作用力。安装施工中不涉及座浆作业。在上支座当中分布的圆孔套筒其孔径可实现螺栓穿过，同时能够和螺杆保持紧密贴合。而在下支座中，长圆孔套筒其孔宽等同于圆孔套筒的孔径，梯跑方向和孔长方向平行，这样梯板就具备了和梯跑方向平行的水平滑移空间，确保在受到中震或小震作用时梯段能够实现滑移和及时复位[2]。和梯跑方向垂直方位上，圆孔套筒和长圆孔套筒能够使上方和下方的螺栓共同受力，基本上可将螺栓看作是单跨超静定梁模型。预埋螺栓对应抗侧移刚度可以对地震能量加以消耗，确保楼梯具备良好的自复位能力。

3 节点参数

建筑主体结构需基于抗震防设三水准原则，确保小震不坏、中震可修、大震不倒，并在相应原则下明确楼梯构件的层间变形控制值。针对预埋螺栓，其抗震设防属于8 度，方案中基本地震加速度保持0.3g 同步考虑为8.8 级M18，上下支座之间螺栓净长度考虑为70mm。相应条件下，螺栓只用在螺母安装部位保留螺纹，而在和套筒相贴合部位无需设置螺纹。

在公共建筑属于钢筋混凝土框架结构时，将层高设定在4.2m，并考虑包含两跑楼梯，此时大震情况下层间位移限值是42mm，小震情况下层间位移限值是3.81mm；在住宅建筑属于钢筋混凝土框架结构或者是剪力墙结构时，设定为剪刀梯，且层高为3m。在大震情况下，层间位移限值是30mm，在小震情况下层间位移限值是3.75mm。综合来说，在双跑楼梯且层高为4.2m 情况下，主要发挥控制作用。

受到中震作用力影响下，结构整体位移约8.38mm，在长圆孔套筒中将孔长设定为40mm，那么螺栓所保持净滑移空间是11mm，超过8.38mm，与中震作用力下预制楼梯所提出的相应自由滑移要求相符合。由于长圆孔套筒的孔宽等同于圆孔套筒的内径，需让螺栓穿过，同时和螺杆紧密贴合。

受到大震作用力影响下，部分层间位移可利用螺栓顺着长圆孔套筒对应长向孔隙实现滑移释放，而其他部分则通过螺栓弯剪变形实现释放，此时剩余变形量保持在31mm[3]。因为楼梯上端和下端分布着型号相同的螺栓，具有同等的受力和侧移变形量，所以楼梯上端和下端对应预留圆孔需要确保螺栓弯剪变形空间不小于15.5mm。上圆孔的下方其孔径保持在55mm，而在下圆孔下方主要设计的是下粗上细的圆台形，此时上口孔径保持在55mm，下口孔径保持在75mm。

圆孔套筒和长圆孔套筒其外径相等，综合考虑保持在75mm。圆孔套筒和长圆孔套筒其整体高度均保持在65mm，并且凹槽深度保持在25mm。在套筒凹槽当中嵌入螺母，同时将槽口扣盒设置于凹槽上部。和灌浆料相结合的套筒外周面需要设置加肋、螺纹、或刻痕。结合套筒外径明确圆孔上方和下圆孔上方的预留孔尺寸，综合考虑下，深度保持在95mm，内径保持在100mm。

4 结语

文章主要研究一种新型预制楼梯连接节点，并引入了钢垫板、预埋螺栓和长圆孔钢套筒，能够使预制楼梯获得和梯跑方向相平行的水平滑移，同时还可在水平作用力下削弱主体结构受到来自楼梯的斜撑作用力，同时促使在与梯跑方向相垂直情况下，楼梯上下支座可以共同受力，对楼梯扭转碰撞加以控制。在中震、小震作用发挥下，确保预制楼梯节点保持弹性工作，能够自动复位，此方案中不涉及做浆施工，使安装效率显著提升。