框架结构中楼梯的影响

汶川地震中血的教训，彻底让我们认识到地震中楼梯对整个结构的影响，特别是砌体结构和框架结构。楼梯是楼层间的重要交通枢纽，在紧急情况时，往往被人们看成是逃生的通道，所以楼梯起着至关重要的作用。而不正确的设计或施工将会使这个安全岛成了丧失逃生者生命的噩梦。

一、楼梯在地震中的震害及讨论

专家们在经过实地深入的考察，感慨良深。我们原先的设计中，不考虑楼梯参与抗震，都把它当做一种简单的板类结构独立的进行受弯设计，只计算恒荷载+活荷载工况，然而楼梯与主体结构的整体浇筑，实际上已经形成了一种特殊的斜撑抗侧力构件，梯板将产生轴力，楼梯板已变成拉压弯构件，它不仅参与结构抗震，而且对结构的动力特性有着很大的影响。

当楼梯的斜撑效应对主体结构产生影响时，结构的周期、阵型将会发生变化，特别是当楼梯位于结构的角部时，影响是非常大的。这种斜撑作用在地震作用中受力复杂，但又很容易吸收更多的地震力，而我们原本的设计没有考虑楼梯参与地震作用，这就加剧了楼梯在地震中的破坏。除了计算中存在的问题外，楼梯的抗震构造措施也不足，致使地震中很多逃生通道根本起不到理想的作用，造成无法挽回的悲剧。

二、楼梯概念设计的理论分析

楼梯在建筑物中是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，这种复杂的、非弹性性质的、材料的时效、阻尼变化等多种因素，在实际计算中存在着不准确性。故在建筑抗震理论远未达到很科学严密的情况下，单靠理论计算很难使楼梯具有良好的抗震能力，因而在实际工程设计中我们多了许多概念，假定与简化。如楼梯不宜放在建筑物的角部和边部，以便于荷载的传递；同时减少水平地震力作用下空间扭转作用的影响。实际上踏步和平台梁是整体连接，计算时需要在支座处加构造负筋；以往在建筑工程中负筋一端锚入楼梯梁，另一端伸进楼梯板四分之一的踏步板跨度。但通过实际工程震害发现，在梯板四分之一处梯板断裂或梯板混凝土剥落。因此建议将梯板负钢筋拉通配置，并且负筋伸入梯板内长度≥LaE。

再次，楼梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹杆效应，将产生较大的拉压力。楼梯板由原先我们只考虑竖向力时的受弯构件，转变为“拉压弯”构件，加强了楼梯处的局部抗侧刚度；结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多。楼梯参与整体计算时的楼梯板配筋要比常规做法计算出来的钢筋面积大出40%左右，当楼梯板不能承受地震力所产生的轴力及弯矩，势必出现梯段被拉断的情况。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而又使地震作用效应增强。这样不仅加大了结构构件的设计难度，还增加了造价成本。

三、楼梯构件的实用设计方法

1、如果将楼梯参与整体计算，那么需要做一下几点改进：1.调整结构布置，以平衡计入楼梯刚度导致的扭转不规则。2. 楼梯板不应按照常规的纯弯构件来计算，应该计入地震力产生的轴力，按照拉弯构件来计算，这仅仅靠上皮添加通长钢筋并按照配筋率确定钢筋面积是不精确地，而应该按照计算结果设计。3.适当加宽楼梯梁和休息板厚度，以承担梯板斜撑作用传递来的平面外剪力。4.加强框架柱在半层休息板位置处的节点构造（增大框架柱的箍筋面积，减小箍筋间距， 提高框架柱体积配箍率），以防止地震力下的剪切破坏。

上述是以加强的方法来考虑楼梯的斜撑作用，如果一味的加强楼梯间构造，并不是解决问题的最好方法。

2、我们不妨换个思路，既然“抗”是比较困难的，那么我们就以“放”的方式解决问题。

1）既然楼梯间的破坏始作俑者是楼梯板在地震时产生的轴力，那么，不如把楼梯板的轴力释放掉，使它在地震力作用下不对框架产生轴力，如果把楼梯和主体分离开，将楼梯梯跑下端设置成滑动支座，在第一阶楼梯踏步下安装一个近似消震的装置，放置一层油毡（或者柔性材料），地震来时梯板滑移，消耗能量。那么地震时梯板将不会对框架产生轴力，楼梯板不具备斜撑效果，框架结构也将不会因为这种斜撑的作用致使刚度的变化。

2）由于梯梁、梯板与梯柱、框架柱为现浇，这样框架柱就很容易形成短柱，再次放大地震效应，对楼梯极为不利。为此，我们将休息平台板与框架柱之间分离开，预留≥5cm空隙；主体完工后，平台用柔性材料进行嵌缝，不影响平台的正常使用功能；同样道理，梯梁与框架柱之间脱离开，梯梁端部与楼梯平台，梯柱浇筑在一起，梯柱离框架柱一定的距离，这样在概念上避免了由于梯梁，梯板，框架柱之间由于现浇而产生的短柱，降低了框架柱分担的地震剪力，保护了楼梯的安全。

经过上述方法处理楼梯后，楼梯变形增加，柔性更大。在水平地震力作用下楼梯参与结构整体受力变小，楼梯更安全，结构更合理。

（上接第563页）

内容

成本效益 建筑物围护结构 供热系统 围护结构+供热系统

门窗 外墙保温 屋顶防潮保温 室内温控和计量 二次网和可能的热源 围护结构 供热系统

分项单位面积成本（元/m2） 50 100 50 20 30 200 50

单位面积成本

（元/m2） 200 50 250

直接节能效果

（kgce/m2） 9 9 15

形成1吨标准煤节能能力的成本（元/tce） 22000 5500 17000

节能效益（元/m2） 7.2 7.2 7.2

投资回收期（年） 28 7 21.3

3.3 合同能源改造工程——威海汇泉服装公司节能改造

威海汇泉服装公司用“LED绿色照明”取代传统的高能耗日光灯照明，通过提高照明效率来减少用电量。项目初期的改造费用由专业节能公司承担，通过项目实施后节约的电费折算来逐步收回投资。威海汇泉服装有限公司不仅零投入进行照明装置升级，而且还从节能费用中分享收益。

通过实地测试，安装LED节能灯后，工作台照度平均提高60%，过道照度平均提高50%。根据目前的平均用电量计算，该项目完成后，五年内合计可节电约74万度，节省电费约67万元，节能率达63%。折算节省标煤300吨，减排二氧化碳783吨，相当于2万平米住宅或193辆1.5L汽车一年的碳排放。

4、小结

在建设领域加快推行合同能源管理，积极发展节能服务产业，是利用市场机制促进建筑业节能减排、减缓温室气体排放的有力措施，是培育战略性新兴产业迫切要求，是建设资源节约型和环境友好型社会的客观需要。我们要充分认识推行合同能源管理在建筑节能改造，尤其是大型商业和公共建筑节能改造的重要意义，采取切实有效措施，努力创造良好的政策环境，促进建筑节能服务产业的快速发展。