李娜，徐其功，黃麗萍， 魏偲

（1.廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司，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，當采用預制樓梯時，往往因自重較大，而給現(xiàn)場吊裝帶來負擔，特別是住宅項目的剪刀梯，單個樓梯構(gòu)件自重超過50 kN，極大地增加了吊裝負擔。

對于預制樓梯構(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 段樓梯連接為一個整體。加大塔吊吊裝能力，會直接增加整個項目的建造成本；而將樓梯構(gòu)件分為2 段的做法，會增加現(xiàn)場的吊裝工作量。

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

2 預制樓梯選型

以常規(guī)住宅項目3.0 m 層高，樓梯間寬度2 500 mm，參考國標圖集《預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）的標準樓梯進行測算。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，此時標準板式預制樓梯的總吊質(zhì)量為5.48 t。為滿足此要求，施工選用的塔式起重機通常需TC70 及以上規(guī)格，對比傳統(tǒng)住宅項目的起重機選型TC60，其市場租賃費用約為2～3 倍，為現(xiàn)場安裝帶來較大的經(jīng)濟負擔。

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，作為本次減重試驗的研究對象。梯板厚40 mm，梯梁150 mm×250 mm，為避免安裝及運輸過程中磕碰導致?lián)p傷，兩端設(shè)封口梁150 mm×220 mm。為使樓梯質(zhì)量進一步降低，在踏步中增設(shè)空心PVC 管，選用市場上可直接購買的常規(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。試驗樓梯剖面如圖1 所示，此時預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)起重機的已能滿足此要求。

圖1 試驗輕型樓梯剖面尺寸（單位：mm）

3 靜力試驗方案

3.1 試驗?zāi)康?/h3>

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

3.2 試驗方案及加載數(shù)值

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

為便于制作，試驗梯未采用標準國標模式，而是按等寬1 200 mm 制作，試驗梯兩端各入支座200 mm，樓梯跨度為5420-2×200/2=5 220 mm。預制樓梯自重為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)計規(guī)范》（2015年版）[5]，對于正常使用極限狀態(tài)，鋼筋混凝土構(gòu)件按荷載準永久組合并考慮長期作用的影響。

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準值為3.5 kN/m2，準永久值系數(shù)為0.3。預制樓梯構(gòu)件因其表觀質(zhì)量良好，實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，試驗所施加的荷載為0.3×3.5=1.05 kN/m2，實際加載總值為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》，承載力檢驗荷載按照荷載基本組合值確定。

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

扣除自重后，試驗施加的總荷載為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）按實際加載范圍等效后的加載值。實際在試驗中，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階范圍，圖2 為樓梯試驗加載圖片。

圖2 樓梯試驗加載圖片

根據(jù)GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》B.2.3 條，當荷載布置不能完全與設(shè)計的要求相符時，應(yīng)按荷載效應(yīng)等效的原則換算。本次試驗對象為典型的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，按計算區(qū)段內(nèi)最大彎矩相等的原則進行換算后，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；承載力檢驗荷載加載總值為0.867×54.3=47.08 kN；滿足承載力設(shè)計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荷載分4 級施加，分級加載（kN）: 0→1.5→3→4.5→6。

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

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

4）當出現(xiàn)下列情況之一時，終止加載：（1）完成單調(diào)加載的全過程；（2）試驗構(gòu)件出現(xiàn)達到承載能力極限狀態(tài)的檢驗標志。

3.4 測量方案

在樓梯支座、中點、1/4 點處共布置15 個撓度測點，具體如圖3 所示。在加載過程中的各級荷載作用下觀測各測點的撓度發(fā)展情況，同時觀測樓梯在試驗過程中是否有裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

圖3 試驗構(gòu)件15 個撓度測點

4 靜力試驗結(jié)果

4.1 試驗構(gòu)件加載情況

預制樓梯邊梁和踏步梯板在各檢驗階段試驗過程中，撓度發(fā)展穩(wěn)定，未出現(xiàn)突變。

但因現(xiàn)場加載方式及支承裝置的限制，當試驗加載至39.5 kN 時，踏步上堆積的鋼筋過多，工人行走困難，現(xiàn)場構(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)場終止試驗。

4.2 試驗構(gòu)件的最大撓度

各級荷載作用下，樓梯跨中測點7～9 的撓度量測值詳見表1。

表1 跨中測點7～9 的撓度量測值

根據(jù)GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》附錄B，撓度、裂縫寬度檢驗階段的撓度限值為（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。

試驗過程中，樓梯邊梁與踏步梯板在各檢驗階段跨中最大撓度值與撓度限值的比對詳見表2。

表2 各檢驗階段跨中最大撓度值與撓度限值的比對

4.3 試驗構(gòu)件的最大裂縫

試驗過程中，樓梯在承載力檢驗階段，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)量驗收規(guī)范》附錄B，撓度、裂縫寬度檢驗階段最大裂縫寬度限值為0.2 mm，承載力檢驗極限狀態(tài)時，受拉主筋處的最大裂縫寬度為1.5 mm。

試驗構(gòu)件在各檢驗階段，最大裂縫寬度與裂縫限值的比對詳見表3。

表3 各檢驗階段最大裂縫寬度與裂縫限值的比對

5 結(jié)語

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

2）預制樓梯邊梁和踏步梯板在承載力檢驗階段試驗過程中，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系數(shù)1.2 倍的要求，但已超過承載力設(shè)計值要求35.7 kN。

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