扬大学子造出“抗震楼梯”

    地震时，很多人第一选择的是通过楼梯逃生，但在最近的几次大地震中，有些地方房屋还没倒，楼梯就最先倒塌，导致很多人无法逃生。最近，扬州大学建筑科学与工程学院的三位学生，研制出一种新型楼梯，它的最大功能是提高房屋的抗震减灾性能，保障人们的生命安全。
    据了解，这种设计国内还没有先例，目前该研究已完成最初的实验测试，正申请国家专利。
    为什么要研制防震楼梯？
    传统楼梯地震时易倒塌
    “在前期工作中，我们研究了大量资料，发现在汶川地震中，楼梯往往在房屋的主体结构破坏前，就产生断裂、倒塌等现象，而楼梯作为人们的逃生通道，却没有发挥作用。”这项研究项目的负责人任斌告诉记者，这种现象促使他们建造一种新型楼梯设置。
    他解释，要想研究新型的楼梯设计，就要先了解楼梯在地震时为什么会最先出现断裂、倒塌现象？“我们研究发现，地震时，楼梯会受到很多方向的挤压，不仅有水平的力，还有竖直的力，而楼梯本身是和房屋的整体框架连在一起的，根本就动不了，如果它受到强大的挤压力时，最终的结果就是断开。”
    任斌以手中的木头条为例，将它夹在固定的两个桌子中间，你水平方向不断地挤压它，又在竖直方向拉扯它，由于木头条本身固定，不断地有力冲击它的时候，它只能断裂，但桌子就相当于房屋的整体框架一样，只会有晃动，但不会倒塌，除非力量更强。
    防震楼梯特别在哪里？
    楼梯和房屋框架分开，外形像秋千
    研究项目成员李鹏程告诉记者，他们研究的新型楼梯，全名为新型预制悬挂式木楼梯，相对于传统楼梯，有两点不同，第一个是在楼梯建造设计上，另一个则是楼梯材料的选择。
    “以往楼梯都是通过钢筋和房屋的整个框架结构连在一起，而我们的设计则是将楼梯和房屋的框架分开，互不干涉。”李鹏程告诉记者，这个设计就是考虑到，当地震来临时，传统的楼梯会受到来自房屋整个框架的挤压力，而如果将其分开，形成各自的独立体，这种挤压力就不存在了。
    传统的楼梯就是通过和整个框架结构连在一起，才搭建起来，那不连接在一起，楼梯怎么固定
    和搭建？李鹏程介绍，这就是他们设计的核心理念了。“首先，我们通过房屋的横梁固定四根长角钢，然后在四根长角钢下固定住一个平台板，也就是楼梯的休息台，接着把楼梯一头的踏步阶梯连接在这个这个平台板上，另一头则是接在另一个平台板上，而所有平台板的稳定性则是通过固定在横梁上的四根长角钢来完成。”李鹏程解释，这个设计的外形有点像秋千，在横梁上挂着四根绳子也就是长角钢，然后在底下搭上一块板子，也就是平台板，板上接上楼梯。”
    “这样就将楼梯和房屋的整个框架分开，在地震的时候，楼梯就不会受到房屋框架的挤压，可以前后左右晃动一下，但一般情况下，楼梯是绝对稳定的。”任斌说。
    “秋千楼梯”怎么保证安全？
    多用枢纽，用承受力更大的新型材料
    以秋千来比喻楼梯的设计，此时可能很多人都会心生疑问：这样的楼梯用在大型建筑上结实吗？安全吗？对于这样的问题，任斌的回答是肯定的。
    “我们所有设置的前提都是在稳定的基础上，首先在几个节点上，我们都用材料将其固定住：在长角钢固定在横梁上时，用U型钢将其稳定；在平台板和长角钢的接触点、楼梯和平台板的接触点上，都是通过等边角钢连接在一起。“这些材料也就相当于楼梯和框架的枢纽，和传统的楼梯构造是一样的，都是将受力放在房屋的框架上，但却互相独立。”
    而在材料的选择上，任斌用的不是传统的水泥、木材等材质，而是选用的LVL新型材料，LVL材料密度小，强度高，能够承受的力更大，“这是近期才出现的比较新的材料，将其用在楼梯上，还属首次。
    那为什么会想到这种材料，任斌解释，这主要是想到减轻楼梯的自重，在其指导老师刘雁教授的提点下，想到用这种新型材料，“这种材料比较轻，可以减轻楼梯自身重量，但承受的重量却比以前高。”任斌说。
    “秋千楼梯”实验结果如何？
    传统楼梯倒塌时，抗震楼梯才现裂痕
    虽说所有的理论都支持这个楼梯设置的可行性，但是它究竟可不可以防震呢？李鹏程告诉记者，目前为止，他们已经做过了最初的实验，按照1:20的比例制作实物模型，建造了两个房屋框架，一个是传统的楼梯设置，另一个则是他们设计的新型预制悬挂式木楼梯。
    “将两个模型一起放在震动台上，这个震动台可以现场模拟地震时的状态，”李鹏程介绍，经过实验证明，在同等震级下，传统楼梯设置的那个模型楼梯最先开始断裂，而另一个模型则丝毫没有损失，而将地震级数增加时，传统设置的模型，楼梯逐渐出现裂缝，直到倒塌下，而新型设置楼梯在传统楼梯倒下的同等条件下，也才开始有些许裂痕，却不会断裂。
    “底下，我们还会进行多次实验，确保这种新型楼梯的安全性，保证在地震等较大的冲击荷载作用下，楼梯能够保持原有的结构，发挥其应有的疏散功能。”李鹏程告诉记者，在这项实验之前，他们进行了很长时间的资料分析，虽说现在防震的楼梯和房屋设计很多，但他们的这种研究项目在全国还属首次，目前，他们已经开始申请国家专利。