抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析探討

盧凱亮

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510630）

為了提高建筑工程整體結(jié)構(gòu)的抗震性能、提高建筑物震后的通行能力，我國(guó)在2008年汶川震后對(duì)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行了修訂。新規(guī)范中明確了對(duì)樓梯構(gòu)建的計(jì)算要求與分析要求。規(guī)范條文說(shuō)明中進(jìn)一步指出了樓梯構(gòu)建與主體結(jié)構(gòu)整澆時(shí)，梯板起到斜支撐作用，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、承載力、規(guī)則性的影響較大，因此，必須參與抗震計(jì)算。而且，作為樓梯的結(jié)構(gòu)組成，樓梯間的抗震設(shè)計(jì)也是現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中所要計(jì)算并考慮的重要因素?，F(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要針對(duì)樓梯抗震設(shè)計(jì)將其與結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行整體分析與計(jì)算，以此實(shí)現(xiàn)建筑工程抗震性、實(shí)現(xiàn)建筑工程抗震設(shè)計(jì)的目的。

1 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要意義

在現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)勢(shì)使得其在現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)中有著極為廣泛的應(yīng)用。在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，樓梯能夠?qū)翘蓍g結(jié)構(gòu)起到斜撐作用，增加主體結(jié)構(gòu)的剛度。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于計(jì)算方式與設(shè)計(jì)理論的限制使得樓梯及樓梯間不參與整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算。隨著現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理論的日趨成熟以及建筑物抗震等級(jí)要求的不斷提高，建筑工程抗震樓梯設(shè)計(jì)參與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算已經(jīng)納入相關(guān)規(guī)范要求。在抗震樓梯與樓梯間增加剛度的同時(shí)，還應(yīng)與水平隔板、樓蓋板等做好鏈接，以此形成整體、提高建筑物的抗震性能。在汶川地震震后調(diào)查中，樓梯梯段板斷裂的情況非常普遍，嚴(yán)重影響了震后的自救與救災(zāi)。而且，樓梯系統(tǒng)的斷裂也造成了對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，造成了余震中建筑物抗震性能的下降。

2 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析

2.1 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算效果分析

在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中，首先要對(duì)樓梯結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型，同時(shí)對(duì)其輸入合適的地面運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用計(jì)算方式對(duì)動(dòng)力非線(xiàn)性反應(yīng)進(jìn)行分析根據(jù)建筑工程整體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范選用常用樓梯結(jié)構(gòu)形式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行荷載取值的分析。綜合考慮外框架線(xiàn)荷載、內(nèi)框架線(xiàn)荷載等。對(duì)于降雪量較大的地域還應(yīng)考慮雪荷載，風(fēng)力較大區(qū)域還應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇是否進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算等。做好上述分析與計(jì)算工作后，還應(yīng)進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算。考慮現(xiàn)澆樓板以及現(xiàn)澆樓梯板結(jié)構(gòu)對(duì)框架梁、框架剛度的影響，并進(jìn)行計(jì)算。

為了綜合分析抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的效果，在設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程中還需要對(duì)地震作用下框架結(jié)構(gòu)受力性能等問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算與分析，以此實(shí)現(xiàn)建筑物整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗震性的提高。作為建筑物結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，樓梯抗震設(shè)計(jì)參與結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)針對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算與分析。針對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不考慮樓梯構(gòu)建而分析其荷載的問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)計(jì)算與分析。根據(jù)汶川震后調(diào)查結(jié)果顯示，樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的抗震性能有著很大的影響。因此，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮抗震設(shè)計(jì)樓梯與主體結(jié)構(gòu)間的相互作用，實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)與樓梯構(gòu)建的整體性、實(shí)現(xiàn)提高建筑物抗震性能的最終目的。

2.2 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算作用分析

在對(duì)抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的兩模型對(duì)比計(jì)算分析中得出，抗震設(shè)計(jì)樓梯的應(yīng)用能夠使主體結(jié)構(gòu)整體剛度增大，使整體結(jié)構(gòu)的自振周期減小。而且，抗震設(shè)計(jì)樓梯還能夠提高整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。從抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析與相關(guān)論證中可以看出，地震作用下抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)構(gòu)樓層相對(duì)位移較不參與計(jì)算情況下減少很多。但是兩者在X方向樓層相對(duì)位移相差不大。Y方向位移相差較大。由此可以看出抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算后能夠有效提高整體結(jié)構(gòu)的剛度、限制結(jié)構(gòu)的側(cè)移。而且，在地震作用下參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的抗震設(shè)計(jì)樓梯能夠使結(jié)構(gòu)層間位移減小，實(shí)現(xiàn)了減小結(jié)構(gòu)側(cè)移的目的。因此，在現(xiàn)代建筑物的設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的應(yīng)用，以此實(shí)現(xiàn)建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與抗震性。

3 抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的相關(guān)要點(diǎn)

在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)抗震設(shè)計(jì)樓梯的的相關(guān)規(guī)程開(kāi)展工作。采用樓梯與主體結(jié)構(gòu)整澆工藝時(shí)，樓梯布置應(yīng)盡可能規(guī)則，并讓樓梯參與整體抗震計(jì)算。在這一過(guò)程中還應(yīng)對(duì)樓梯構(gòu)建進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。樓梯構(gòu)建應(yīng)根據(jù)抗震構(gòu)造要求進(jìn)行相關(guān)措施，確保樓梯構(gòu)架能夠滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)計(jì)算的需求。嚴(yán)格按照縱向面筋拉通并不小于最小配筋率、梯板按斜支撐構(gòu)建設(shè)計(jì)、樓板兩側(cè)設(shè)置縱向暗梁、梯板雙層鋼筋網(wǎng)間距控制等要求實(shí)現(xiàn)樓梯構(gòu)件的抗震構(gòu)造目的。

4 以科學(xué)的設(shè)計(jì)管理為基礎(chǔ)提高樓梯抗震能力

抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的就是為了提高建筑物的整體結(jié)構(gòu)抗震能力、提高樓梯通道的抗震能力，以此實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)害逃生、自救能力。針對(duì)這一需求，現(xiàn)代建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)針對(duì)樓梯抗震設(shè)計(jì)對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震能力的促進(jìn)作用強(qiáng)化樓梯抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用。通過(guò)樓梯抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算的綜合應(yīng)用提高建筑物的抗震能力、提高樓梯抗震能力。為了確?？拐鹪O(shè)計(jì)樓梯與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作質(zhì)量的提高，現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)單位應(yīng)從自身的管理體系完善入手保障設(shè)計(jì)工作質(zhì)量。通過(guò)管理體系的完善、設(shè)計(jì)人員職責(zé)的明確使抗震設(shè)計(jì)樓參與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作的質(zhì)量處于受控狀態(tài)，保障設(shè)計(jì)工作能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)。另外，設(shè)計(jì)單位還應(yīng)針對(duì)抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算這一技術(shù)強(qiáng)化設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)工作。針對(duì)這一技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的需求，現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)單位還要強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及樓梯抗震設(shè)計(jì)參與主體結(jié)構(gòu)計(jì)算相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)與考核。以設(shè)計(jì)人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)的完善、專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的提高作為基礎(chǔ)促進(jìn)抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑工程抗震能力提高的目的。

結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)代建筑工程抗震性能的需求要求建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作的重要性。以抗震樓梯設(shè)計(jì)對(duì)建筑物主體結(jié)構(gòu)抗震性能的促進(jìn)作用促進(jìn)建筑物的抗震性能提升。建筑工程設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中樓梯設(shè)計(jì)對(duì)建筑物主體工程的影響強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作，實(shí)現(xiàn)建筑物抗震性能的提高，促進(jìn)現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)目標(biāo)的達(dá)成。同時(shí)，建筑工程設(shè)計(jì)單位還應(yīng)針對(duì)傳統(tǒng)建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮樓梯抗震設(shè)計(jì)與建筑主體抗震性的相互作用，強(qiáng)化現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用。通過(guò)抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算方式的應(yīng)用使建筑工程主體結(jié)構(gòu)的抗震性能得以提升，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)以及建筑工程設(shè)計(jì)水平的提高。

[1]陳立國(guó).現(xiàn)代建筑工程抗震設(shè)計(jì)中樓梯抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算方式的應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)分析，2010.4.

[2]張宇.樓梯抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算的數(shù)學(xué)分析方式探討[J].結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，2010.9.

[3]劉維宇.樓梯間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與建筑工程主體結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)系分析[J].城市建設(shè)理論研究，2010.2.

[4]周清華.建筑工程結(jié)構(gòu)抗震性能提升的關(guān)鍵——樓梯抗震設(shè)計(jì)參與結(jié)構(gòu)計(jì)算[J].建筑工程設(shè)計(jì)與施工，2009.10.