鋼筋混凝土框架樓梯抗震措施探討

竇立軍，王 維，李穎超，許明玉

（長春工程學院，長春130012）

0 引言

樓梯間作為主要的安全通道，確保能在地震中發(fā)揮其應有的功能，設計和施工時要達到其功能的要求外，還應采取必要的抗震措施達到抵抗地震作用的能力。

震害資料表明，樓梯的破壞主要分樓梯間墻體破壞、梯梁破壞、梯段板破壞和梯柱破壞，本文結合樓梯的破壞機理提出了幾點抗震措施，完善設計方法和構造措施，避免震害的傷亡和損失。

1 樓梯設計抗震措施

1.1 樓梯間墻體抗震措施

地震時，樓梯間較為薄弱，由于樓梯平面內梯段板和平臺板的作用近似于K型或X型支撐，增大樓梯間的剛度，分擔了較大的地震力，缺少必要的連接和錨固措施，導致樓梯間墻體比其他墻體破壞嚴重（圖1）。GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》［1］在3.7.3條補充規(guī)定“附著于樓、屋面結構上的非結構構件，以及樓梯間的非承重墻體，應采取與主體結構可靠連接或錨固等避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設備的措施”。

樓梯間墻體應符合以下要求：（1）樓梯間橫墻和外墻應沿墻高每隔500mm設2Φ6通長鋼筋［2］；（2）樓梯間墻體應在休息平臺或樓層半高處設置60mm厚的鋼筋混凝土帶或配筋磚帶等加強措施。

圖1 樓梯間墻體破壞

1.2 梯梁抗震措施

由于梯梁是彎、剪、扭共同作用的受力構件，地震作用產生的內力超過其承載能力，混凝土過早碎裂，鋼筋屈服，梯梁兩端發(fā)生剪扭、剪切破壞（圖2），跨中梯井處由于應力集中導致梯梁開裂與梯段板拉開。

圖2 樓梯梯梁破壞

梯梁作為支撐休息平臺的受力構件之一，設計截面面積較小，應適當加大截面面積。沿側向設置構造鋼筋，梯梁全長箍筋加密，不應小于Φ8＠150，跨中梯井處箍筋間距不應大于50mm，加強抗剪抗扭構造，提高承載能力。

1.3 梯段板抗震措施

在豎向荷載作用下，孤立的梯段板類似于斜板，屬于受彎構件；而在水平作用力下，把樓梯間放在整個結構中來看，梯段板又具有斜撐的作用，具有拉桿和壓桿的性質。梯段板承擔彎矩，還承擔偏離軸心的偏心力。通常在距休息平臺1／4～1／3跨處拉斷（圖3）。

圖3 樓梯梯段板破壞

梯段板應計入豎向荷載產生的彎矩影響，按偏心受拉、壓構件來設計。適當增加板厚不應小于120mm，負彎矩鋼筋應通常設置并提高配筋率配置雙向雙層鋼筋，保證傳遞水平荷載所需要的剛度，滿足承載力要求。

1.4 梯段板下端設置滑動支座抗震措施

北京工業(yè)大學朱玉玉［3］選取典型的普通框架結構底層樓梯間單元和一種設置滑動支座（圖4）的框架樓梯間單元為研究對象，其中樓梯為常用的雙跑板式樓梯。通過兩種空間樓梯間試件的兩點水平加載擬靜力試驗，研究分析二者的破壞過程與破壞特征、承載力、變形性能、耗能能力、剛度退化以及滑動支座的效果等抗震性能。

圖4 滑動支座做法

實驗結果表明：普通框架樓梯間的樓梯構件參與抗側力工作，一方面，樓梯各構件形成斜向支撐內力較大，作為第一道抗震防線首先開裂，均發(fā)生不同程度的破壞；另一方面，受樓梯的影響，框架結構中休息平臺側的框架柱易形成短柱，框架平面內的框架梁在其與平臺板相連段承受梯板傳來的斜向力較大，易發(fā)生剪切破壞。設置滑動支座的框架樓梯間的滑動支座將樓梯構件間的傳力途徑斷開，其破壞機制與純框架較相似，樓梯的梯板、平臺板基本沒有開裂，保證了樓梯作為安全島的疏散、救援功能。表明滑動支座的滑動性能良好，能有效地改變樓梯間的受力狀態(tài)。

分析對比兩種框架樓梯間的試驗結果發(fā)現：普通框架樓梯間的樓梯參與抗側力工作，提高了結構的承載力和剛度，但變形和耗能能力較小，延性也較差；而設置滑動支座的框架樓梯間的承載力和剛度雖有所減小，但變形性能和延性好，能發(fā)生較大的塑性變形，表明滑動支座改變了框架樓梯間的后期抗震性能。在梯段板下端設置滑動支座也是一種有效的抗震措施。

1.5 梯柱抗震措施

梯柱傳遞豎向荷載到框架梁上，由于休息平臺的影響，容易形成“短柱”延性較差，發(fā)生剪切破壞（圖5）。休息平臺與層高處的水平位移差使得樓梯柱受剪，梯梁的扭矩傳遞也使得梯柱受扭，梯柱很容易發(fā)生嚴重破壞。

圖5 樓梯梯柱破壞

梯柱應按照彎剪扭構件來設計，提高抗剪、抗扭承載力。為了避免梯柱形成“短柱”后過早破壞，應提高混凝土標號，加大體積配箍率，沿柱的全高進行加密或使用復合螺旋箍筋等措施，并控制其剪壓比［4］，避免混凝土柱過早地發(fā)生脆性破壞而使箍筋不能充分發(fā)揮其作用。

2 結語

樓梯在抵抗地震作用時極其脆弱，承擔的地震作用超過承載能力，不能發(fā)揮它的功能。樓梯的受力情況特別復雜，目前規(guī)范僅將梯段板和梯梁作為單純受彎構件，梯柱作為受壓構件來設計，實際在地震作用中梯段板不僅承受彎矩還傳遞軸力；梯梁即承受彎矩還承受剪力和扭矩；梯柱承擔軸力、剪力和扭矩。通過完善設計方法，增加抗震措施，來提高樓梯的抗震性能。

［1］GB 50011—2010混凝土結構設計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］王俊鋒，王澤軍.樓梯間和樓梯的抗震設計淺議［J］.山西建筑，2009，35（3）：98－99.

［3］朱玉玉.鋼筋混凝土框架樓梯間抗震性能擬靜力試驗研究［D］.北京：北京工業(yè)大學，2012.

［4］張風亮，范娜，張晏文，等.淺談樓梯的抗震分析和設計分析［J］.建筑結構，2010（40）：134－135.