框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯震害分析及對策探討

【摘要】近年來我國有多地都遭遇了不同程度的地震災(zāi)害，很多房屋建筑受損，給人民群眾的生命安全帶來嚴(yán)重威脅。為了能夠進(jìn)一步提高建筑的抗震性能，建筑設(shè)計(jì)人員都在積極研究和改進(jìn)施工技術(shù)。現(xiàn)本文中主要是針對框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯這一細(xì)節(jié)部位的抗震性能進(jìn)行分析研究。文章首先分析了板式樓梯的破壞形態(tài)與成因，繼而就其應(yīng)對措施進(jìn)行了簡要探討，提出一些對策建議，以供參考。

【關(guān)鍵詞】框架結(jié)構(gòu)；板式樓梯；震害破壞；成因；對策

在建筑結(jié)構(gòu)中，板式樓梯是內(nèi)部最為常用的上下通道形式，在現(xiàn)代建筑中具有著廣泛的應(yīng)用。很多建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的板式樓梯時(shí)，大都認(rèn)為這僅僅只是供人們上下樓，并不承受太大的荷載，因而并不特別重視其性能設(shè)計(jì)。但事實(shí)上，當(dāng)建筑遭受地震等外界巨大作用力時(shí)，板式樓梯是極易受到破壞的，樓梯一旦破壞，人們在震時(shí)的唯一逃生通道就沒有了，給人員逃生和震后救援都帶來極大的難度。為此，必須要重視起建筑結(jié)構(gòu)中的板式樓梯抗震設(shè)計(jì)。以下本文中筆者主要通過分析樓梯的破壞成因，來探討其相應(yīng)的對策措施。

1、框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯的破壞形態(tài)與成因分析

在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)無疑是最為常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，而板式樓梯也是建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部中常用的樓梯結(jié)構(gòu)形式。因此以框架結(jié)構(gòu)中的板式樓梯作為例子來研究樓梯的抗震性是最具有代表性和廣泛性的。一般來講，在框架結(jié)構(gòu)的板式樓梯中，樓梯的破壞形態(tài)主要有以下幾種：

1.1梯板破壞

樓梯梯板遭受破壞一般是梯板在外界作用力下發(fā)生斷裂，其斷裂的部位一般都在距離支座的1/3處、施工縫處、裝修層以及沿梯板長度方向等部位。導(dǎo)致梯板破壞的原因除了地震的強(qiáng)大外力作用以外，還有在建筑施工中，對梯板的施工縫留置不夠合理恰當(dāng)，或者施工縫中存在較多的夾渣，使得新舊混凝土結(jié)合性較差，使得其在外力作用下極易發(fā)生斷裂。另外，若樓梯在設(shè)計(jì)施工中，對其進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮到梯板的抗震性，因而布置鋼筋時(shí)忽視了其所能承受的最大拉力，也很容易引起梯板斷裂。

1.2梯間小柱破壞

基于抗震性的考慮，一般在樓梯設(shè)計(jì)中，不建議采用磚砌體來支承樓梯平臺梁。目前一般做法是在鋼筋混凝土框架梁設(shè)小柱，小柱頂兩個(gè)方向設(shè)梁。受建筑平面限制，梯間小柱截面多為200mm×200mm或250mm×250mm，縱筋一般配Φ14或Φ16，在地震中樓梯間小柱大量出現(xiàn)柱頭破損，梯梁縱筋被拔出的情況。出現(xiàn)此類破壞的原因是：柱截面過小，梯橫梁在柱內(nèi)的錨固長度不能滿足規(guī)范規(guī)定的最低要求；節(jié)點(diǎn)混凝土澆筑質(zhì)量差，強(qiáng)度低；未考慮地震時(shí)該柱實(shí)際存在的地震彎矩，柱的強(qiáng)度不足等。

1.3梯間框架柱剪切破壞

現(xiàn)有板式樓梯在半層處平臺通過平臺梁和平臺板與框架柱相連，與其他位置框架柱相比，樓梯間框架柱凈高約為其他位置的一半，在樓板剛性假定的前提下，其分得的地震剪力約為其他柱的8倍左右，即便考慮樓梯平臺的一部分位移，樓梯間的框架柱分得的地震作用也比其他柱大得多，這就導(dǎo)致了地震區(qū)中大量的樓梯間框架柱發(fā)生嚴(yán)重的剪切破壞。

1.4樓梯平臺板和平臺梁的破壞

目前樓梯平臺梁和平臺板一般均按受彎計(jì)算，在正常使用狀態(tài)下，梯板推力很小，梁板均能安全正常的工作；而在地震作用下（尤其在大震時(shí)），梯板的軸力很大，對平臺梁而言，梯板的推力使平臺梁平面外受彎、受剪，而平臺梁寬度一般很小，大多在200～250mm之間，平面外抗彎及抗剪能力極低，所以在重災(zāi)區(qū)，包括中等烈度區(qū)都有大量的樓梯在平臺處發(fā)生破壞。

1.5樓梯間填充墻破壞

由于梯板斜向放置，梯間小柱將樓梯間填充墻分割得很零碎且梯間小柱未伸至上層梁底，填充墻構(gòu)造措施不到位等多方面原因，導(dǎo)致樓梯間填充墻較房屋其他處的破壞大很多，在地震時(shí)造成大量人員傷亡。

2、板式樓梯震害的對策建議

由上述分析我們可以看出，在地震中，建筑的板式樓梯是極易遭受破壞的結(jié)構(gòu)部位，尤其的在建筑施工設(shè)計(jì)中沒有充分考慮到樓梯的抗震性設(shè)計(jì)，而使得樓梯的抗震性能更差，更易遭受破壞，給人們震中逃生帶來極大不便，甚至?xí)璧K人們的順利逃生。因此，必須要加強(qiáng)對樓梯的抗震性能設(shè)計(jì)，最大程度的降低或避免板式樓梯的震害。在此，筆者從材料選擇、施工、設(shè)計(jì)等三方面來提出了一些對策建議，具體如下所示：

2.1材料選擇

板式樓梯的主要施工材料就是混凝土與鋼筋，因此在施工中必須要注意選擇合適的混凝土與鋼筋。要求混凝土的級配合理，易于振搗；鋼筋不得選用不利于提高延性的冷軋扭鋼筋，要使用延性較好，級配合理的HRB335級鋼筋和HRB4OO級鋼筋。

2.2施工對策

在樓板的施工中，要注意提高混凝土的施工質(zhì)量，確?；炷恋臐仓駬v以及養(yǎng)護(hù)都嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行作業(yè)。其中最重要的就是要處理好施工縫的問題，防止其出現(xiàn)夾渣等質(zhì)量問題，這也是施工中最需要注意到的地方。要求施工現(xiàn)場管理人員必須加強(qiáng)管理，嚴(yán)格制定施工方案，在留置施工縫時(shí)，要盡可能留在樓層平臺板內(nèi)，因?yàn)橄鄬μ莅宥裕脚_板為四邊支承板，安全儲備更大。

2.3設(shè)計(jì)對策

2.3.1主體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮梯板參與工作，按計(jì)算結(jié)果加大配筋?？紤]樓梯梯板的斜撐作用后，結(jié)構(gòu)的整體工作性能發(fā)生的較大變化，尤其是梯板本身及和樓梯半層平臺直接相連的框架柱，其受力會發(fā)生較大變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用合適的軟件，準(zhǔn)確分析樓梯的受力情況，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果加大構(gòu)件的配筋。在地震烈度不高的情況下，這一方法基本可行。

2.3.2切斷梯板與框架柱的聯(lián)系，在框架梁上做獨(dú)立小柱支撐樓梯板。上條所列方法可簡單歸納為“抗”，即采用合適的斷面與配筋來抵抗地震作用；另外還可以采用“放”，即將半層平臺與柱的聯(lián)系切斷，在框架梁靠近框架柱的部位另設(shè)獨(dú)立小柱來支撐梯板。采用本思路另建一模型可以看出樓梯間相鄰構(gòu)件出現(xiàn)的變化如下：柱與樓梯半層平臺相連，橫向剪力突增，是樓梯平臺和柱無連接的3倍多；橫向彎矩增大較多。由此可見，斷開樓梯平臺和框架柱的連接，能有效減少樓梯平臺對框架柱的地震影響。半層平臺梁剪力增大較多，彎矩有所減小。梯板軸力增大較多。不論是否切斷樓梯平臺梁和柱的連接，梯板都承受了較大的軸力。今后在梯板設(shè)計(jì)中，應(yīng)按拉彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，梯板負(fù)筋應(yīng)全部拉通，而不能按現(xiàn)行構(gòu)造手冊所示的負(fù)筋長度按1/4板跨截?cái)唷?/p>

2.3.3改進(jìn)現(xiàn)有樓梯構(gòu)造。按樓梯的實(shí)際受力狀態(tài)配筋。目前梯板的設(shè)計(jì)不論是教科書還是設(shè)計(jì)中經(jīng)常參考的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊，梯板配筋均采用單向板的配筋方式，在水平地震作用下，梯板將承擔(dān)較大的軸力，而梯板施工圖中卻基本未反映這種效應(yīng)，導(dǎo)致梯板大量產(chǎn)生受拉破壞。所以梯板的配筋方式至少應(yīng)改成使負(fù)筋完全貫通以承擔(dān)梯板中實(shí)際存在的軸力的方式。由于梯板的斜撐作用導(dǎo)致樓梯平臺梁受到平面外的剪力，產(chǎn)生平面外彎矩，此部分目前在設(shè)計(jì)中也未加考慮，所以平臺梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如實(shí)考慮平面內(nèi)和平面外的彎矩及剪力，按雙向受彎構(gòu)件并按框架梁的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。樓梯平臺板也應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造，采用雙層雙向配筋來近似考慮梯板的斜撐作用。

3、結(jié)語

綜上所述，在建筑工程的施工設(shè)計(jì)中，必須要充分考慮到板式樓梯的抗震性，以提高建筑的整體抗震性。要求在施工中需要做好樓梯的受力分析，從材料選擇開始抓起，提高施工技術(shù)水平，完善施工設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)格遵守建筑抗震設(shè)計(jì)中的相關(guān)規(guī)定，保證建筑在遭受地震災(zāi)害時(shí)能夠盡可能的降低樓梯的損害，為建筑內(nèi)人員提供可靠的逃生通道。

參考文獻(xiàn)

[1]金亞春等.框架結(jié)構(gòu)中現(xiàn)澆板式樓梯震害分析及設(shè)計(jì)建議[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2010.

[2]程志輝等.基于大震時(shí)樓梯間人員安全的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].工程抗震與加固改造，2013.