近日，中国建筑西北设计研究院联合西安达盛隔震技术有限公司、西安建筑科技大学主持进行的“楼梯结构隔震橡胶支座与滑板支座性能对比振动台试验”在西安建筑科技大学结构抗震实验室圆满完成，试验对框架类楼梯结构采用不同滑动支座做法的抗震性能进行了对比研究，初步取得了一些有益结论，现简要介绍如下。

一 、试验方案

1.1 模型设计及制作

模型以钢筋混凝土框架结构双跑楼梯间为原型，采用两跨对称布置方案（图1)，首层休息平台四周设3梯柱+1框柱、二层休息平台四周设4梯柱，楼梯梯板下端分别设置橡胶支座（图2平面图右侧楼梯，节点见图3a）和普通滑板支座(图2平面图左侧楼梯，节点见图3b)。将原模型进行缩尺，比例为1：3，两个楼梯间的轴网尺寸均为1500mm×2000mm，模型层高1200mm，模型总高度为2900mm。

图1 试验模型

（a）模型首层平面图

（b）模型二层平面图

（c）楼梯结构剖面图

图2 模型平面、剖面图

（a）隔震橡胶支座构造（引自陕14G10图集） （b）滑动支座构造（引自11G101-2国标图集）

图3滑动支座形式

底梁截面尺寸为300mm×500mm，框架柱为150mm×150mm，框架梁KL9、KL20为85mm×150mm，其余框架梁为85mm×135mm，梯柱尺寸为80mm×80mm，梯梁尺寸为65mm×100mm，梯段板和平台板厚均为50mm。模型配筋采用实体模型SATWE计算结果，按相似理论等效计算出钢筋面积(框架柱、梯柱进行了适当增强)。本振动台模型试验设计相似常数详见表1。

表1 振动台模型试验真实相似常数（实际配重）

1.2 试验工况

试验工况地震波由x方向(平行于梯板斜撑方向)单向输入，根据模型动力特性，选用4条地震波作为振动台输入波，分别为El Centro波、人工波、江油波和松潘波，各条地震波加速度时程曲线见图4。

（a）El Centro波

（b）人工波

（c）江油波

（d）松潘波

图4 地震波加速度时程曲线

第一阶段采用上述4条地震波为输入波，在每级工况加载之前，采用0.05g的白噪声对模型的动力特性进行扫描。根据加速度相似系数调整其加速度峰值分为8级工况（0.087g-1.047g），覆盖了由6度设防烈度至9度罕遇烈度的范围，共41个工况。第二阶段进行共振破坏试验，加速度峰值分别为0.5g、0.8g、1.0g，共5个工况。

二、 试验现象

试验现象着重描述楼梯结构，为便于比较，对称布置的楼梯结构编号相同（普通滑板支座一侧楼梯结构编号加a)。

2.1 第一阶段地震波加载

6度设防地震（a_pg=0.087g）时，TZ1a、TZ2a、TZ3a顶端部出现弯曲裂缝，TZ4a、TZ5a、TZ6a、TZ7a顶端部均产生弯曲裂缝。

7度设防地震（a_pg=0.173g）时，TL3a端出现弯曲裂缝。

7.5度设防地震（a_pg=0.260g）时，TZ4a、TZ5a、TZ6a、TZ7a顶端部新出现弯曲裂缝。

8度设防地震（a_pg=0.346g）时，TZ1a、TZ2a、TZ3a底部新出现弯曲裂缝，TZ4a、TZ5a、TZ6a、TZ7a上端新出现弯曲裂缝，TZ1a、TZ2a、TZ3a顶端部新出现弯曲裂缝，TL3端部出现弯曲裂缝。此时，设置普通滑板支座一侧的楼梯斜板，在地震波峰值加速度附近时间段出现竖向翘起现象（梯板上下两端变位差引起的梯板下端脱离滑板支座现象）。

8.5度设防地震（a_pg=0.520g）时，TZ1、TZ2、TZ3中部出现弯曲裂缝。

8度罕遇地震（a_pg=0.693g）时，TZ1、TZ2、TZ3中部新出现弯曲裂缝，TZ4、TZ5、TZ6、TZ7顶端部新出现弯曲裂缝，TZ1a、TZ2a、TZ3a顶端部新出现弯曲裂缝TZ4a、TZ5a、TZ6a、TZ7a顶端部新出现弯曲裂缝和斜裂缝，TL3a端出现弯曲裂缝。此时，设置普通滑板支座一侧的楼梯斜板，竖向翘起现象明显。

8.5度罕遇地震（a_pg=0.883g）时，TZ1a、TZ2a、TZ3a顶部新出现弯曲裂缝，TZ4a、TZ5a、TZ6a、TZ7a顶部新出现斜裂缝，TZ1、TZ2、TZ3顶端部新出现斜裂缝，TZ4、TZ5、TZ6、TZ7顶部新出现弯曲裂缝，TL3a端出现弯曲裂缝。此时，一层设置普通滑板支座一侧的楼梯斜板，在地震波峰值加速度附近时间段出现水平向摆动（楼梯结构扭转引起）。

9度罕遇地震（a_pg=1.074g）时，TZ4a、TZ5a、TZ6a、TZ7a底部弯曲裂缝宽度发展至2mm左右，设置普通滑动支座的梯板晃动明显。

2.2 第二阶段共振破坏加载

随着a_pg的增加，模型加速破坏，模型的最终破坏主要集中梯柱端部处（图5）。

一层设置普通滑板支座一侧的楼梯结构扭转效应显著，楼梯斜板左右摆动明显，梯柱端部迅速破坏，接近倒塌；设置隔震橡胶支座一侧的梯板基本稳定，裂缝稍有发展(图6)。

二层楼梯结构梯柱裂缝有所发展，位移明显增大，但反应不如一层明显（图7）。（可能原因是二层楼梯结构完全变为主体结构是子结构，主体结构共振激励时对其影响有限，加之此时试验仅单向加载，其在另一个方向的不规则特性没有体现）。

图5 结构最终破坏形态

图6 一层梯柱破坏形式比较

图7 二层梯柱破坏形式比较

三、 试验结果启示

(1)两种滑动支座在地震作用下水平滑动明显，有效释放了梯板的斜撑效应，一定程度上保护了主体结构安全，结构未出现汶川地震时的典型破坏形态。

(2)设置隔震橡胶支座一侧的楼梯结构破坏程度明显轻于设置普通滑板支座一侧（尤其是一层）。

(3)传统滑板支座释放梯板斜撑效应的同时，也释放了梯板下端与主体结构的有效连接，减少了结构冗余约束。此时楼梯结构接近或完全为主体结构的子结构。将楼梯结构视为主体结构的子结构单独分析发现，其存在平面布置不规则、单跨框架、梯柱薄弱、鞭梢效应显著等一系列不利因素。试验中楼梯子结构扭转效应显著，梯柱率先出现塑性铰，反应强烈（此次试验仅为单向加载，双向加载会更明显）。

(4)采用传统滑板支座时，试验过程中梯板竖向翘起、左右晃动明显，严重不利于人员逃生，存在引发踩踏事件隐患。罕遇或超罕遇地震作用下，传统滑动支座缺乏对楼梯结构的有效约束和保护，导致楼梯结构（尤其是梯柱）损坏严重，接近倒塌。

(5)梯柱、梯梁很难实现强柱弱梁，导致楼梯结构的变形能力小于主体结构，大震时有先于主体结构倒塌的趋势，需要采取防护措施。

(6)隔震橡胶支座表现良好，梯板不存在晃动现象，罕遇或超罕遇地震时能分担楼梯结构地震剪力，起到“二道防线”作用，震后楼梯结构损伤轻微。

(7)“隔震、减震、安全防护”三功能一体的滑动支座会对楼梯乃至整体结构带来更好的防护效果，是楼梯滑动支座的发展方向。

附共振加载视频。

普通滑板支座1

普通滑板支座2

橡胶支座滑动

来源：作者：辛力，中国建筑西北设计研究院有限公司结构技术研究中心。

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