框架結(jié)構(gòu)樓梯間設(shè)計建議

宋 亮

(上海鼎勝建筑工程管理設(shè)計有限公司，上海 200333)

汶川地震中大量框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)框架部分中的樓梯遭到較為嚴(yán)重的破壞，與樓梯相連的框架柱也有損壞。因此，《新抗規(guī)》6.1.15條提出:對于框架結(jié)構(gòu)，樓梯間的布置不應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)平面特別不規(guī)則;樓梯與主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆時，應(yīng)計入樓梯構(gòu)件對地震作用及其效應(yīng)的影響，應(yīng)進(jìn)行樓梯構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算;宜采取構(gòu)造措施，減少樓梯構(gòu)件對主體結(jié)構(gòu)剛度的影響。

1 工程實(shí)例計算及分析對比

本工程為哈爾濱松北紅星美凱龍世博家居廣場，采用5層框架模型，抗震設(shè)防烈度為6度第一組，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，場地類別為Ⅱ類，乙類建筑，框架抗震等級為二級，計算振型個數(shù)為15，地震影響系數(shù)最大值為0.04 s。地下兩層，層高分別為3.9 m，5.5 m，地上5層，1 層層高5.5 m，2 層 ～4 層5.2 m，5層8.5 m，基本為 8.4 m ×8.5 m 的柱網(wǎng)，柱子截面為 0.8 m ×0.8 m 及0.7 m ×0.7 m，梁截面 X 方向?yàn)?0.3 m ×0.7 m，Y 方向?yàn)?.35 m×0.8 m，樓梯大多分布在角上或是邊上，如圖1所示。

圖1 世博家居廣場結(jié)構(gòu)示意圖

本工程采用SATWE(結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件)分析，對于計入和不計入樓梯的情況作如下比較分析。由表1可知，無樓梯的情況下周期比較大，而建入樓梯后，周期減小，尤其是順梯方向，平動周期減小了18.20%，而扭轉(zhuǎn)周期減小了20.43%，這是由于框架結(jié)構(gòu)樓梯構(gòu)件與主體整澆時，樓板起到斜支撐的作用，而這個斜撐是單向性的。說明樓梯對于整體剛度是有貢獻(xiàn)的。

表1 自振周期對比表

表2 結(jié)構(gòu)側(cè)向位移

表2顯示，沒有樓梯的情況下，位移角大，而有樓梯的情況下位移角減小，說明建入樓梯后剛度增大。而從位移比計算結(jié)果可以看出，無樓梯的情況下，位移比小于1.2，建入樓梯后，位移比超過了1.2，屬于平面不規(guī)則，這是由于建入樓梯后，樓梯間位置抗側(cè)剛度增大，而樓梯間又是非均勻布置，使得結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心不對稱，造成結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大。說明樓梯間的平面布置對結(jié)構(gòu)剛度的影響很大。通過表3可以看出，建入樓梯后，結(jié)構(gòu)的地震剪力增大，尤其是Y向，增大了約13%，這是因?yàn)闃翘輩⑴c整體建模后，使得結(jié)構(gòu)自振周期減小，剛度增大，地震中將吸收更多的地震能，因此，最大地震作用力就會增大。

表3 層剪力(地震作用下) kN

2 設(shè)計建議

樓梯參與整體建模后，結(jié)構(gòu)的自振周期減小，最大水平位移和層間位移減小，剛度增大，最大地震反應(yīng)力增大。因此，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，如果樓梯與結(jié)構(gòu)整體現(xiàn)澆，就不能忽略框架結(jié)構(gòu)中樓梯的作用。但是，由于SATWE目前的樓梯參與計算情況不夠理想，不能過分依賴，因此適當(dāng)?shù)耐ㄟ^一些措施，使樓梯間更合理化地去滿足抗震要求。國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集(11G101-2)2.2.6條中提出，對參與抗震的樓梯，板厚不宜小于140，采用雙層配筋，兩側(cè)設(shè)置邊緣構(gòu)件，邊緣構(gòu)件的寬度取1.5倍的板厚;邊緣構(gòu)件縱筋數(shù)量，當(dāng)抗震等級為一、二級時不少于6根，當(dāng)抗震等級為三、四級時不少于4根?？v筋直徑為12且不小于樓板縱向受力鋼筋的直徑;箍筋為Φ6@200。梯梁按雙向受彎構(gòu)件計算，當(dāng)支撐在梯柱上時，其構(gòu)造作法按11G101-1中框架梁KL;當(dāng)支撐在梁上時，其構(gòu)造作法按11G101-1中非框架梁L。平臺板按雙層雙向配筋。朱炳寅的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析》一書中提到，對參與抗震的樓梯，應(yīng)特別注意設(shè)置樓梯形成的框架短柱，柱箍筋除應(yīng)滿足計算要求外，宜按抗震等級提高一級配置;樓梯梁上的小柱，也應(yīng)按框架柱要求設(shè)計，并且應(yīng)確保柱截面面積不小于300×300，柱最小邊長不應(yīng)小于200，并相應(yīng)增加另一方向的柱截面長度;與框架柱、樓梯小柱相連的樓梯平臺梁應(yīng)滿足框架梁的構(gòu)造要求。上海市建筑業(yè)管理辦公室文件關(guān)于本市建設(shè)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓梯間抗震設(shè)計的指導(dǎo)意見中提出:1)梯柱截面不宜小于250 mm×250 mm或200 mm×300 mm;柱截面縱向鋼筋:抗震等級為一、二級時不宜少于4d16，三、四級時不宜少于4d14;箍筋應(yīng)全高加密，間距不大于100，箍筋直徑不小于10 mm。2)梯梁高度不宜小于1/10梁跨度，縱筋配置方式宜按雙向受彎和受扭構(gòu)件考慮，沿截面周邊布置的間距不宜大于200 mm，箍筋應(yīng)全長加密。3)樓梯板厚不宜小于d10@150，并具有足夠的抗震錨固長度。我認(rèn)為，由于樓梯的存在使得在樓梯間附近的框架的內(nèi)力增大，在地震作用下增大更明顯，而其對遠(yuǎn)離樓梯間的框架構(gòu)件內(nèi)力的影響很小。因此，建議在采用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算分析的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放大與樓梯構(gòu)件直接相連的框架梁柱的配筋。

事實(shí)上，由于考慮到目前的計算軟件不能完全真實(shí)地反映樓梯間參與抗震的情況，可采取構(gòu)造措施，將樓梯與整體結(jié)構(gòu)脫離，使樓梯不參與整體結(jié)構(gòu)受力。《新抗規(guī)》中也提出:宜采取構(gòu)造措施，減少樓梯構(gòu)件對主體結(jié)構(gòu)剛度的影響。國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集(11G101-2)中提出，如采用滑動支座，可以不考慮樓梯參與整體計算，其適用條件為:兩梯梁之間的矩形梯板全部由踏步段構(gòu)成，即踏步段兩端均以梯梁為支座，滑動支座直接落在梯梁挑板上。當(dāng)然采用滑動支座雖然可以忽略樓梯構(gòu)件的影響，但不等于消除了影響，所以樓梯間還是應(yīng)該采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，因此建議樓梯間的框架柱箍筋除應(yīng)滿足計算要求外，宜按抗震等級提高一級配置并全長加密，適當(dāng)放大與樓梯構(gòu)件直接相連的框架梁柱的配筋?？v向面筋拉通且不小于最小配筋率，底、面縱筋均具有足夠的抗震錨固長度;梯梁加強(qiáng)抗剪抗扭構(gòu)造，箍筋不小于φ8@150，腰筋不小于N2φ14;梯柱截面不小于墻厚×300，混凝土標(biāo)號不低于C25，縱筋不小于4φ14，箍筋不小于φ8@100。

綜上所述，對于滿足圖集11G101-2中允許不參與整體計算的樓梯形式要求的，在整體計算時，可以忽略樓梯構(gòu)件的影響并采取相應(yīng)的措施，而對于不符合這種情況的，就應(yīng)該考慮樓梯構(gòu)件對地震作用及其效應(yīng)的影響，適當(dāng)?shù)耐ㄟ^一些措施，使樓梯間更合理化地滿足抗震要求。樓梯間大樣圖見圖2。

圖2 樓梯間大樣圖

3 結(jié)語

由以上實(shí)際工程的整體分析并結(jié)合規(guī)范，可以看出，對于框架結(jié)構(gòu)，樓梯設(shè)計對建筑抗震的影響應(yīng)當(dāng)被我們這些設(shè)計師高度重視，不管計入或不計入樓梯的影響，都應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，以概念設(shè)計為基礎(chǔ)，使得樓梯對于建筑抗震的影響降到最低，從而使建筑結(jié)構(gòu)更為合理。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ 11G101-2，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖(現(xiàn)澆混凝土板式樓梯)［S］.

［3］ 王 奇，馬寶民.鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓梯對整體結(jié)構(gòu)的影響［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2002，32(4):27-29，69.

［4］ 馮 遠(yuǎn)，吳小賓，李從春，等.現(xiàn)澆樓梯對框架結(jié)構(gòu)的抗震影響分析與設(shè)計建議［J］.土木工程學(xué)報，2010，43(10):53-62.

［5］ 朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.