對于框架結(jié)構(gòu)中樓梯抗震設(shè)計的一些思考

黃奕康

（廣東中人工程設(shè)計有限公司 廣東廣州 510000）

1 引言

對于框架結(jié)構(gòu)來說，它是現(xiàn)階段最常用到的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。自08年汶川地震發(fā)生以來，我國對于建筑工程的抗震效果提出了更為嚴苛的要求。當建筑工程遭受到地震等巨大外力作用下，建筑物中的樓梯結(jié)構(gòu)極易遭到破壞。如果樓梯發(fā)生了破壞，那么地震發(fā)生時人們唯一的逃生通道也就不復(fù)存在了，這將給居民的逃生以及后續(xù)救援工作的開展帶來極大的麻煩。因而，現(xiàn)階段要對樓梯抗震設(shè)計工作引起重視。

2 框架結(jié)構(gòu)中樓梯抗震設(shè)計的概述

2.1 框架結(jié)構(gòu)中樓梯抗震設(shè)計的基本情況

以往在進行建筑中樓梯的設(shè)計工作時，大多只是將樓梯作為一個連接構(gòu)件進行設(shè)計，并且設(shè)計過程中僅僅考慮樓梯所起到的豎向荷載傳遞作用以及樓面開洞的影響，很少有設(shè)計人員重視到樓梯對于整個框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度方面所造成的影響。大多的設(shè)計人員認為樓面開洞能夠削弱框架結(jié)構(gòu)的層剛度，但是梯段板又能夠增加框架結(jié)構(gòu)的層剛度，這兩者之間可以互相抵消，這一過程中并沒有對樓梯的斜撐作用效應(yīng)進行考慮。正是由于這一方面的原因，導(dǎo)致了樓梯的斜撐作用很難得到發(fā)揮，并且樓梯的承重作用也沒有得到體現(xiàn)，因而在地震發(fā)生時樓梯很難抵抗地震的劇烈晃動作用。2008年汶川大地震的出現(xiàn)，為設(shè)計人員以及施工人員敲響了警鐘，人們對于樓梯的作用有了更深刻的了解?，F(xiàn)階段，在進行框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計工作時，不僅僅將樓梯作為一個銜接構(gòu)件進行設(shè)計，人們更加注重的是樓梯的抗震設(shè)計。

2.2 框架結(jié)構(gòu)中樓梯抗震設(shè)計的方案規(guī)范探討

現(xiàn)階段的樓梯，主要是以鋼筋混凝土為主，并且這種形式的樓梯較為穩(wěn)固，同時在外觀方面也比較符合人們的審美觀念。作為框架結(jié)構(gòu)中的受力構(gòu)件，樓梯在豎向荷載的作用下將會出現(xiàn)受彎的狀況，并且樓梯受到的力主要是彎矩與剪力。在進行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中，僅僅通過精確的計算不一定完全確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，設(shè)計工作中還要采取相應(yīng)的構(gòu)造措施來彌補計算工作中不能詳細考慮到的一些其他因素。一般來說，框架結(jié)構(gòu)中的樓梯包含很多要素，比如說梯段板、平臺板以及平臺梁等等。其中，樓梯中的梯段板發(fā)揮著重要的支撐功能，因而要對其負荷能力進行考慮，并且設(shè)計工作中還要進行嚴格的內(nèi)力計算。對于平臺板來說，設(shè)計過程中主要是單向板，在進行平臺板的設(shè)計工作時要加強板和梁之間的連接作用。平臺梁主要起到承重的功能，同時它也承擔(dān)著各個部件的重量，因而設(shè)計工作中也要引起重視。

3 框架結(jié)構(gòu)中樓梯破壞的主要原因

3.1 梯間小柱破壞

從框架結(jié)構(gòu)的抗震性能角度進行相應(yīng)的分析，樓梯設(shè)計過程中最好不要使用磚砌體當作樓梯結(jié)構(gòu)中平臺梁的支撐?，F(xiàn)階段，比較常用的做法就是在混凝土框架梁上設(shè)置相應(yīng)的小柱，并且在小柱頂兩個方向上設(shè)梁。因為受到建筑平面的限制，梯間小柱的截面面積多是200mm×200mm或者是250mm×250mm這兩種形式，并且縱筋配螺紋多為14或者是16。一旦有地震出現(xiàn)，樓梯間的小柱大部分會出現(xiàn)破損，并且破損部位大多出現(xiàn)在柱頭。對于這一破壞來說，其主要的原因就是柱截面的面積太小，并且梯橫梁鋼筋在柱內(nèi)的錨固長度無法達到最小錨固的相關(guān)要求；另外，在進行梁柱節(jié)點位置的混凝土澆筑工作時，施工的難度比較大，這就造成了施工的質(zhì)量差、強度低等問題。

3.2 梯板破壞

對于樓梯梯板的破壞，主要是由于梯板受到的外界作用力過大而導(dǎo)致斷裂的問題。一般來說，樓板斷裂的位置大多是在距離支座的1/3位置處或者是施工縫處，也有的會出現(xiàn)在裝修層或者是沿梯板長度的方向上。造成梯板出現(xiàn)破壞的主要原因是地震的強大外力作用，但是如果施工過程中梯板施工縫的留置出現(xiàn)不合理的問題，也可能導(dǎo)致樓板破壞問題。此外，設(shè)計人員在進行樓梯配筋設(shè)計工作時，如果沒有對梯板的抗震性進行充分的重視，那也可能造成梯板的斷裂。

3.3 樓梯平臺板破壞以及平臺梁破壞

現(xiàn)階段，在進行樓梯平臺梁和平臺板的設(shè)計工作時，主要是依據(jù)受彎計算的方法進行設(shè)計工作。對于這一設(shè)計方法來說，樓梯平臺梁板在日常使用的過程中所受到推力一般不會太大，因而可以確保安全使用。但是，平臺梁以及平臺板一旦受到強烈的地震作用時，那么樓梯梁板結(jié)構(gòu)將會受到很大的軸力作用，這樣一來就會導(dǎo)致平面梁板的抗彎性能以及抗剪性能有所減弱，進而也就導(dǎo)致了平臺梁板結(jié)構(gòu)的破壞。

3.4 梯間框架柱剪切破壞

現(xiàn)階段，在進行樓梯的半層處平臺設(shè)計工作時，主要是利用平臺梁、平臺板和框架柱進行連接。相比于其他位置的框架柱結(jié)構(gòu)來說，樓梯間的框架柱凈高大約是其他位置處的一半左右。如果假設(shè)樓板是剛性結(jié)構(gòu)，那么地震發(fā)生時其剪力大約是其他框架柱的8倍左右，這樣一來就會導(dǎo)致框架柱出現(xiàn)較為嚴重的剪切破壞。

4 框架結(jié)構(gòu)中樓梯的抗震設(shè)計與施工措施

樓梯在地震發(fā)生時會起到疏散人群以及逃生的功能，我國頒布實施的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中明確規(guī)定，樓梯在大震情況下能夠提供安全避難通道的重要作用。樓梯是樓層之間相互聯(lián)系的重要方式，同時它也屬于垂直方向上的重要交通通道。一般來說，鋼筋混凝土樓梯結(jié)構(gòu)有著較強的剛度以及耐久性，并且在造價方面也較為經(jīng)濟，因而現(xiàn)階段這一樓梯形式得到了較為廣泛的應(yīng)用。圖1為日常生活中常見到的樓梯，同時它也是建筑工程中較為普遍的樣式結(jié)構(gòu)。這一形式的樓梯斜板上帶有相應(yīng)的踏板，并且下底面也較為平整，外形比較簡潔，樓梯的自重較大。

圖1 建筑工程中常見的樓梯結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 樓梯抗震概念設(shè)計

“大震不倒”是現(xiàn)階段我國抗震設(shè)防的重要原則之一，該原則要求建筑結(jié)構(gòu)能夠在出現(xiàn)高于本區(qū)域設(shè)防烈度約一度的大震水準情況下不會出現(xiàn)倒塌的問題。這也就是說，要保證建筑中的人群在大震發(fā)生時有足夠的時間與空間去逃生。但是，由于地震作用較為復(fù)雜，設(shè)計過程中首先要利用抗震概念設(shè)計的方式來確保“大震不倒”的效果。對于抗震概念設(shè)計來說，它與計算設(shè)計有著同樣的重要地位。

4.2 框架結(jié)構(gòu)中樓梯抗震設(shè)計的要點

①在進行主體框架結(jié)構(gòu)的計算工作時，要充分考慮到梯板的參與性。在依據(jù)計算結(jié)果進行增大配筋的過程觀念中，要考慮到樓梯梯板的斜撐作用。尤其是梯板與樓梯半層平臺相連的框架柱結(jié)構(gòu)，要對它的受力狀況進行精確的研究。②要切斷梯板與框架柱之間的聯(lián)系。設(shè)計中可以在框架梁上做一個相對獨立的小柱支撐樓梯板，這樣一來可以切斷半層平臺與柱之間的聯(lián)系。同時，可以在框架梁距離框架柱近的位置處另設(shè)一個單獨的小柱，以達到支撐梯板的作用。此外，因為梯板斜撐的作用將會造成平臺梁承受平面以外的剪力與彎矩，那么在進行這一部分的設(shè)計過程中要對其進行考慮，設(shè)計工作中可以按照雙向受彎構(gòu)件以框架梁的相關(guān)要求來設(shè)計。同時，還要在樓梯平臺板處加強構(gòu)造，設(shè)計中可以利用雙層雙向配筋的方式來進行斜撐作用的應(yīng)對。

4.3 施工措施

樓梯的設(shè)計、施工對于框架結(jié)構(gòu)的抗震性能發(fā)揮有著重要的作用，因而在進行施工的過程中要對地震作用下產(chǎn)生的內(nèi)部承載力進行分析。比如說在有地震災(zāi)害發(fā)生時，建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將會急劇增大，從而將導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)的剛度分布發(fā)生劇烈的變化。對于這一問題，設(shè)計人員可以采取可行性的措施對樓梯分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案進行相應(yīng)的調(diào)整，從而防止主體結(jié)構(gòu)和樓梯構(gòu)件發(fā)生不必要的對接問題，同時也可以降低它對主體建筑的不利影響。一方面，可以對樓梯段的上端節(jié)點進行相應(yīng)的鉸接，而對于下端來說可以使用滑動支撐。另一方面，可以在樓梯間首層外門的兩側(cè)進行固定門框的安裝工作，進而起到加固的作用。此外，因為框架結(jié)構(gòu)中樓梯底層梯段板將會收到較大的軸力作用，因而在施工工作時可以適當?shù)脑黾愉摻畹呐浔葦?shù)量，并且可以將其設(shè)置成懸掛樣式。比如圖2所示的樣式就是這一處理方法，這樣處理能夠有效的防止梯段板出現(xiàn)拉斷的問題，同時還能有效降低樓梯的支撐效應(yīng)。

圖2 施工過程中樓梯配筋與樣式的處理

5 結(jié)束語

近幾年來，我國地震災(zāi)害頻發(fā)，因而在進行框架結(jié)構(gòu)中樓梯抗震設(shè)計工作時，要提升樓梯的抗震能力，尤其是一些地震災(zāi)害發(fā)生頻度較高的地區(qū)，一定要從抗震設(shè)計、材料選擇以及施工技術(shù)等多個方面進行控制，不斷提升樓梯的抗震能力，為人們提供更充足的逃生時間。

[1]吳勇，王周勝，張玲.框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯震害分析及對策探討[J].建筑技術(shù)，2013（6）.

[2]張瑜中.汶川地震中框架樓梯典型震害分析與有限元計算[J].工程抗震與加固改造，2010（4）.

[3]劉春梅.板式樓梯抗震分析及設(shè)計建議[J].科技信息，2010（35）.

[4]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）.中國建筑工業(yè)出版社，2010.