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原创解析:地震中钢筋混凝土楼梯的震害现象及分析

qq_1426484572995楼主
1楼2016-11-2310:23

公元730年,王焕之站在鹳雀楼旁,欲穷千里目,更上一层楼。


13年后,王维思山东兄弟,拾级而登高,遍插茱萸。


到了1273年后的2016年11月13日,Dr.Wang走进大门,电梯上的红色数字显示28,他稍作犹豫,决定走楼梯回家。


岁月流转,跨越时空,三个同样姓王的男人抬起左脚又迈出右脚,他们重复着机械的动作却心潮不止思绪万千。


一个是年轻的官员,他想着如何才能看得更广,走得更远;一个是迟暮的游子,他思念家乡,不知何时才能落叶归根;还有一个是搞土木的,他望着脚下的水泥阶面,脑海中浮现出了下面的题目:


近年地震中钢筋混凝土楼梯的震害现象及分析


1. 背景

楼梯本应当建成突发事件的应急疏散安全通道,但是近年国内外几次地震中,钢筋混凝土楼梯间在地震中发生了较严重的破坏。


2008年5月12日汶川地震中部分楼梯间发生倒塌破坏而造成逃生通道被切断。通过震害调查发现,地震中楼梯的破坏主要表现在以下几个方面:


(1)楼梯板破坏。由于楼梯板的斜撑作用,在地震反复拉压作用下,在其施工缝的位置或接近平台梁的薄弱位置,易出现断裂破坏;


(2)上下楼梯板交错处平台梁中部、端部和平台板出现破坏。在地震力反复作用下,平台梁很容易发生剪扭破坏。在较大的地震作用下,平台板处也会发生相应的破坏;


(3)休息平台处梯柱和其他周边构件的破坏。楼梯的布置使楼梯休息平台处的框架柱和梯柱很容易形成短柱,地震剪力相对较大,容易发生破坏。


2009年4月6日意大利L’Aquila地震中,由于楼梯平台板的分割作用而造成框架柱发生剪切破坏,同时也发生梯板与平台板交接处断裂等震害现象。


2010年4月14日玉树地震中框架结构的楼梯震害与汶川地震类似,楼梯踏步板出现水平裂缝,板内钢筋压曲,平台梁端部和跨中破坏,个别引起相邻框架梁端的破坏。


2010年2月27日智利地震中,现浇楼梯梯板与平台板交接处发生严重的破坏。


2011年2月22日新西兰Christchurch 地震中,大量的楼梯出现轻微到中等程度的破坏,同时还有两幢高层建筑的预制楼梯发生严重的破坏。




2008年汶川地震中楼梯的破坏




2009年意大利L’Aquila地震中楼梯的破坏



2010年智利地震中楼梯的破坏



2011年新西兰地震中预制楼梯的破坏

2. 原因分析

框架结构中现浇楼梯出现如此严重的破坏,其主要原因是:

(1)较大的层间变形导致楼梯发生破坏。框架结构与框剪或剪力墙结构相比,其抗侧刚度较小,而地震中的楼梯具有“斜撑”的作用,在层间变形较大时,楼梯易发生破坏;


(2)楼梯构件自身受力状态较复杂。就楼梯构件而言,楼梯平台相对于结构层来说属于“错层”位置,地震作用下其传力途径相对复杂;


(3)就中国而言,以往在结构设计的计算分析模型中通常不输入楼梯构件(2008年汶川地震之前),而是将其等效为竖向荷载施加到周边构件上,并不考虑楼梯对整体结构抗震性能的影响。但在实际地震作用下,楼梯的布置不但会改变局部结构的受力状态,同时还会导致结构动力特性发生变化。



实际上长期以来,结构设计人员和研究人员都是将楼梯当做非结构构件(还有填充墙也是同样的道理),按照我们常规的设计方法,这两类构件都是“拒结构构件之名,行结构构件之实”。


实际上对于楼梯在结构中的作用,早在1982年的时候UC Berkeley的EERC(地震工程研究中心,后与PEER合并)就有关于楼梯在地震中破坏的研究报告,作者之一便是著名的地震工程学者VitelmoV. Bertero教授(曾于2006年被提名为“Top 10Seismic Engineers of the 20th Century”,于2016年10月24日去世)。



同样,预制楼梯若要实现其在地震作用中的抗震预期目标,梯板、平台梁和平台板之间的连接构造措施是关键因素之一。若梯板与平台梁缺乏有效的连接,梯板可能会因拉压反复作用导致与平台梁分离坠落,造成楼梯倒塌破坏。


新西兰地震中,预制楼梯底部与平台梁之间设有聚乙烯滑板,搁置在381mm×102mm的槽钢上,并且预制板与平台梁之间设30mm的抗震缝,中间填塞聚乙烯。预制楼梯顶部将直径为20mm,长度为450mm的钢筋锚固在平台梁中,同时也搁置在381mm×102mm的槽钢上。在此次地震中,由于平台梁与梯板之间存在较大的位移差,其支撑段的长度太短和锚固失效导致预制楼梯发生倒塌破坏。


新西兰预制楼梯典型构造



楼梯破坏过程的分析


搭接处钢筋拔出


搭接处钢筋断裂


图片部分来自网络和学术论文,此处一并感谢。

封面图片来自早稻老师,感谢牙鸦深情出演的小六。

原文作者:土木小兵,如有侵权,请联系删除



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  • qiangxq1 2楼
    非常感谢分享
    2016-11-24 07:59
  • footballxuefeng 3楼
    非常感谢分享
    2016-11-24 08:39
  • ydfydfydf 4楼
    谢谢分享 学习
    2016-11-24 08:53
  • liai3002 5楼
    很好的资料
    2016-11-30 00:36
  • cow1480480279461 6楼
    浇筑好了的混凝土楼面,由于柱子钢筋移位,钢筋被工人割断一排怎么办??
    2016-11-30 12:33
  • oengjdngmenge 7楼
    地震中的震害相当的严重,谢谢楼主分享
    2016-11-30 15:01
  • aezhanglei 8楼
    谢谢楼主分享
    2016-11-30 15:09
  • deskinifjhug 9楼
    地震中抗震设计震害很严重的,谢谢楼主分享啊。
    2016-11-30 15:46
  • co1451380300906 10楼
    谢谢分享 学习
    2016-11-30 15:56

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