基于抗震對(duì)樓梯建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考

鄭英，黃斌

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 咸陽(yáng)712000；2.中國(guó)建筑一局集團(tuán)?？谕匾恢脴I(yè)有限公司,海南 海口570100）

樓梯作為建筑地震逃生的唯一安全通道,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著極其重要的地位。本文針對(duì)樓梯設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的探討，從樓梯在建筑平面位置中的布置、樓梯的抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)兩個(gè)角度，深入分析抗震對(duì)樓梯的破壞影響，從地震中不同樓梯的典型的破壞現(xiàn)象入手，分析破壞原因，指出解決辦法。

1 建筑平面設(shè)計(jì)——樓梯平面位置的設(shè)置

在建筑平面設(shè)計(jì)中,樓梯位置的選擇對(duì)樓梯破壞有很大影響。建筑的四個(gè)角是距離建筑中心點(diǎn)最遠(yuǎn),慣性矩最大,基于鞭梢效應(yīng)的考慮，一旦發(fā)生地震，建筑四個(gè)角破壞也最嚴(yán)重。因此，樓梯設(shè)計(jì)應(yīng)避開(kāi)建筑的鞭梢，靠近建筑的質(zhì)點(diǎn)中心，住宅酒店等剪力墻結(jié)構(gòu)能夠滿足這樣的要求。商場(chǎng)、影劇院等建筑面積較大的建筑、板式建筑等為了滿足防火疏散要求和安全疏散要求，樓梯需要分散布置，樓梯位置需要協(xié)調(diào)疏散與抗震之間的關(guān)系，樓梯至少應(yīng)設(shè)置在第二跨。

建筑設(shè)計(jì)中，通常將日照較好的一面作為主要用房，日照較差的一面作為輔助房間，北側(cè)朝向較差，建筑設(shè)計(jì)通?？紤]作為樓梯間、輔助房間，但是，地震模擬顯示，如果樓梯間都放在北側(cè)，將形成南側(cè)在地震作用下變形較大，北側(cè)為變形較小的不均勻變形；如果將樓梯均勻布置在南北兩側(cè)，那么將形成建筑變形均勻的形式，所以，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮建筑抗震與建筑空間利用。

2 建筑樓梯構(gòu)造設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)中，樓梯根據(jù)布置方式和造型的不同，分為單跑樓梯、雙跑樓梯、轉(zhuǎn)角樓梯、弧線樓梯等，不同形式的樓梯對(duì)于建筑有不同的表現(xiàn)形式，塑造出不同設(shè)計(jì)效果，但是不同形式的樓梯在地震中的破壞形式也各不相同。于是，在樓梯設(shè)計(jì)過(guò)程中，需綜合考慮建筑的造型，結(jié)構(gòu)抗震的破壞，合理使用。下面以雙跑樓梯為例分析破壞形式及樓梯設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

2.1 樓梯間整體嚴(yán)重破壞

樓梯作為逃生通道，樓梯間破壞，其破壞程度的嚴(yán)重程度大于梯段破壞，因此加強(qiáng)樓梯間的設(shè)計(jì)非常重要。地震中，樓梯間的破壞情形中有一種建筑主體破壞較少，而樓梯間整體破壞較多的情況。

抗震規(guī)范進(jìn)行建筑抗震驗(yàn)算時(shí)，將建筑主體作為驗(yàn)算對(duì)象，沒(méi)有考慮樓梯，這種孤立樓梯的設(shè)計(jì)模型對(duì)于抗震設(shè)計(jì)有漏洞，因?yàn)闃翘葑鳛榻ㄖ徊糠謱?duì)于抗震有很大影響，尤其樓梯的抗震驗(yàn)算是需要考慮樓梯與主體之間的相互作用力。所以，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮樓梯與主體的相互關(guān)系。處理措施：樓梯抗震設(shè)計(jì)要與主體抗震設(shè)計(jì)同步考慮，在進(jìn)行配筋、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算時(shí)，同時(shí)考慮主體與結(jié)構(gòu)。如果是砌體結(jié)構(gòu)，考慮樓梯間與建筑主體的拉結(jié)，拉結(jié)越牢固，抗震性能越好。

2.2 底層樓梯嚴(yán)重破壞

豎向樓梯的設(shè)計(jì)中，底層的重要性大于其它層，底層承受的作用力也大于其它層，作為逃生的最后一層樓梯，需要在設(shè)計(jì)中加強(qiáng)底層樓梯的設(shè)計(jì)。

常規(guī)建筑的荷載從上到下逐漸增大，底層荷載最大。由于底層荷載最大，形成地震對(duì)于底層樓梯破壞也相對(duì)嚴(yán)重，且底層作為疏散的最后通道，需要加強(qiáng)抗震設(shè)防處理。建筑中底層樓梯嚴(yán)重破壞，短柱倒塌引起樓板落地，樓梯無(wú)法正常通行,樓梯短柱斷裂，樓梯段板分段斷裂，樓梯不連續(xù)，無(wú)法通行。

2.3 樓梯柱破壞

樓梯柱破壞形式有三種：樓梯平臺(tái)梯柱底部斷裂，引起樓梯垮塌，無(wú)法通行；板底混凝土壓碎，局部鋼筋斷裂，平臺(tái)板失穩(wěn)；柱與平臺(tái)梁交接位置，混凝土壓碎，鋼筋局部拉斷，平臺(tái)板、樓梯板錯(cuò)位。所以，在地震中樓梯平臺(tái)柱不能先于樓梯板破壞，于是需要設(shè)計(jì)強(qiáng)柱弱板結(jié)構(gòu)形式。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)樓梯柱的設(shè)計(jì)。

為了保證短柱在抗震下的穩(wěn)定性，考慮在樓梯間附加小柱子。在框架結(jié)構(gòu)增加小柱后，樓梯與主體結(jié)構(gòu)脫離，在水平方向不參與整體結(jié)構(gòu)的共同工作，避免主體結(jié)構(gòu)對(duì)樓梯的不利影響，避免主體結(jié)構(gòu)對(duì)于樓梯的梯板、梯梁的彎剪破壞；在豎向荷載作用下，樓板上荷載傳到小柱、梯柱和梯梁，附加小柱與原有梯柱把豎向荷載傳給樓梯間框架梁，框架梁發(fā)生彎曲變形，因樓梯間跨度小，所以總的豎向荷載較小，樓梯間框架梁完全能夠滿足豎向承載要求及撓曲變形的限制要求。

2.4 樓梯梁破壞

破壞現(xiàn)象：樓梯梁跨中底部、側(cè)面混凝土碎裂，鋼筋局部破壞，與梁相近位置板混凝土碎裂，出現(xiàn)板破壞跡象。

破壞原因：樓梯跨度大，采用梁板式樓梯的傳力形式，在常規(guī)受力情況下，樓梯梁承受豎向荷載，水平向荷載，地震作用下，由于地震力的多面性，梁承受各個(gè)方向的作用力，其中扭轉(zhuǎn)作用力對(duì)于梁的破壞最大，于是形成梁側(cè)面，底部破壞現(xiàn)象。

加強(qiáng)措施：加強(qiáng)梁的抗扭破壞，增加構(gòu)造抗扭鋼筋。尤其以跨中受力最大位置為先。

2.5 樓梯板破壞

2.5.1 破壞情況1分析

破壞現(xiàn)象：樓梯跨中水平裂縫，部分混凝土被擠碎,部分板鋼筋被拉斷。

破壞原因：樓梯跨中是地震中受力較大的位置，由于地震的強(qiáng)大作用力，鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)力而出現(xiàn)破壞，受拉區(qū)鋼筋被拉斷,混凝土破碎。

加固措施：考慮地震設(shè)防烈度的影響，增加底部主要鋼筋的配筋。

2.5.2 破壞情況2分析

破壞現(xiàn)象：樓梯段出現(xiàn)平整水平的縫隙，位置為距離休息平臺(tái)1/3～4處，即施工縫。

破壞原因：樓板澆注混凝土?xí)r存在施工間歇的施工縫，施工縫雖然做了處理，但是仍然是地震多發(fā)部位。加強(qiáng)措施：加強(qiáng)施工縫處理，用高等級(jí)的混凝土填縫。

2.5.3 破壞情況3分析

破壞現(xiàn)象：樓板沿著1/3～4處出現(xiàn)三叉形裂縫，鋼筋被拉斷，混凝土出現(xiàn)裂縫，但沒(méi)有壓碎現(xiàn)象。

破壞原因：1/3～4處為樓板鋼筋負(fù)筋，此處鋼筋有變化，樓板剛度較大，為變化點(diǎn)，形成應(yīng)力集中。加強(qiáng)措施：樓板配置雙向雙層鋼筋，增加樓板抗震能力。

鑒于以上破壞形式，可知在地震作用下，樓梯的形式越規(guī)矩簡(jiǎn)單，越能夠抵抗地震的作用力，樓梯的剛度越大，越易于抗震。因此，在樓梯形式選擇時(shí)，優(yōu)先選擇雙跑樓梯，弧形樓梯不易于抗震，在必要使用時(shí)候再使用。對(duì)存在弧形樓梯、折線型樓梯進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)需加強(qiáng)設(shè)計(jì)，多考慮抗震影響。

3 總結(jié)

本文從樓梯的布置位置、布置方式和造型上分別考慮了抗震對(duì)于樓梯的影響，綜合考慮樓梯平面布置滿足疏散要求應(yīng)分散開(kāi)，滿足抗震要求應(yīng)對(duì)角對(duì)稱布置；樓梯造型滿足建筑造型要求適宜選用復(fù)合建筑要求的各種形式樓梯，弧線形式、折線形式、旋轉(zhuǎn)樓梯、雙分雙合樓梯等，但是形式曲線的復(fù)雜，必將帶來(lái)抗震的不利，應(yīng)加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)。樓梯構(gòu)造設(shè)計(jì)中以雙跑樓梯為例，從樓梯間整體破壞、層樓梯破壞、樓梯柱、樓梯梁及樓梯板幾種狀態(tài)進(jìn)行分析，分別指出破壞原因及解決辦法。