框架结构楼梯的震害分析与设计对策

【摘要】地震时，楼梯是重要的逃生通道，文章以地震中楼梯结构实际震害调查结果为基础，在震害分析研究的基础上，说明了楼梯应进行抗震设计的必要性，梳理了现有的两种楼梯抗震设计的基本思路，并对楼梯间设置滑动支座徽了进一步的分析讨论，提出了有利于改善滑动支座受办眭能的构造做法。

【关键词】框架 楼梯 震害 设计

前言

楼梯承担着逃生路线的重要作用，然而在震害调查中发现，楼梯间的震害较为严重，而且大部分楼梯间是在主体结构破坏前发生破坏严重影响了楼梯作为逃生路线的重要功能。

一、楼梯的震害调查及原因分析

在汶川地震中，框架结构、框剪结构和砖混结构中的钢筋混凝土现浇楼梯都出现了大量破坏，尤以框架结构中楼梯的破坏最为严重。框架结构中楼梯的主要震害现象有：梯段板的破坏、楼梯间角柱的破坏、梯柱的破坏和平台梁的破坏等。

1、梯段板破坏

梯段板破坏主要表现为水平裂缝处混凝土被压碎，梯段板弯曲下挠，甚至断裂，破坏主要发生在距离两端支座约1/4 跨处和楼梯施工缝处。

产生此类震害现象的原因有以下两点：

（1）梯段板上下端与楼层框架梁板相连，形成了一个空间的K 形受力体系。在以往的配筋设计时，梯段板负筋长度通常按照跨度的1/4 来确定，造成楼段板1/4 跨处受力筋数量发生突变，成为受拉的薄弱部位。在反复水平地震作用下，梯段板与主体框架协同工作，到很大的反复的轴向拉压力作用，造成梯段板在负筋截断位置发生断裂。

（2）楼体施工时，往往在梯段板跨中或1/3 跨处设置施工缝。但因为质量控制不严格，施工缝中存在残渣，导致后浇混凝土在与先浇混凝土的结合面处强度较差，这样在地震作用下产生的剪拉内力极易使梯段板破坏。

2、楼梯间角柱的破坏

楼梯间角柱的破坏主要表现为角柱中部发生剪切破坏、钢筋屈曲和混凝土被破碎。这是由于楼梯休息平台通过平台梁和平台板与框架柱相连，楼梯间角柱净高降低很多，导致楼梯间角柱分配到比其它框架柱大数倍的地震剪力。加上休息平台对楼梯间角柱的约束，地震作用下角柱中间极易发生剪切屈曲破坏。

3、楼梯梯柱的破坏

楼梯梯柱通常为构造配筋，截面宽高一般为200mm～250mm。地震中梯柱出现柱头破损和混凝土压碎。出现此类破坏的原因是：

（1）支撑梯段板的梯柱是双向压弯、双向剪切构件。梯柱截面过小，平台梁在柱内锚固长度过短，导致节点混凝土被压碎，平台梁纵筋被拔出。

（2）梯柱仅按构造要求配筋，未考虑实际地震作用产生的较大的弯矩和剪力。

（3）节点处混凝土浇筑质量较差，强度较低。

4、楼梯平台梁、平台板的破坏

楼梯平台梁和平台板的破坏主要发生在平台梁的两端和跨中。破坏特征是钢筋外露和混凝土保护层剥落。产生此类震害的原因是：在水平地震反复作用下，楼梯构件在框架中起了K 形支撑的作用，上下梯段板反复推拉，平台梁板承受空间的弯矩、剪力和扭矩复合作用，受力状态复杂，导致楼梯平台梁在跨中发生剪扭破坏，两端节点出现塑性铰，混凝土被压碎，钢筋扭曲变形，平台粱跨中裂缝向平台板延伸。

二、梯抗震设计中的两种基本思路

目前，在实际的建筑结构抗震设计中，考虑楼梯对结构性能的影响多停留于构造要求.例如考虑到楼梯间的不对称布置可能带来结构扭转。故应尽量将楼梯间对称布置；楼梯间使楼板有较大削弱时，应采取加强楼板及连接部位的措施；对楼梯间短柱应全长加密箍筋；楼梯间的非承重墙体，应采取与主体结构可靠连接或锚固等。同时，在建筑结构设计中，框架结构楼梯间的设计是与主体结构分开进行的，并没有考虑地震作用对其的影响，也没有考虑其对主体结构的影响。新版建筑抗震设计规范中明确指出应考虑楼梯构件的影响。对此有两种基本设计思路，一种是考虑楼梯参与整体分析计算的方法，另一种认为，框架结构中的楼梯为了避免形成支撑。可以采用滑动连接的方式消除其对主体结构的附加影响。

三、梯结构设计的优化建议

1、应采取必要的设计和构造措施

以保证楼梯结构不先于主体结构而破坏，满足人员应急逃生的需要。

（1）板式楼梯的梯段板通常较厚，常见100mm-200mm，甚至更厚。因跨度和荷载而异。通常只在受力方向的跨中底部配置单层钢筋。当竖向地震力向上作用时，踏面一侧呈素混凝土状.难以抵御受拉而开裂。因此，建议沿踏面一侧应配置一定数量的构造钢筋。如平行于底部受力钢筋的方向。配置不少于0.15%的构造钢筋，直径不宜小于6 mm，间距不宜大于200 mm。架立筋可按常规设置。

（2）直接支承梯段板的层间平台梁，通常梁宽、平台的板厚均较小，即平面外的抗剪刚度很小。难以承受梯段板所传的拉压力同时作用而受剪破坏。建议适当加大支承梁的平面外刚度，如适当增加粱宽和平台板的厚度，适当增加梁的抗剪钢筋和板配筋，特别是上下梯段板的交汇部位（梁的跨中区段），以提高平面外的抗剪承载能力。

（3）层间平台梁及支承小柱，实际上已构成了一个附属框架，是楼梯结构中的重要支承构件。同样应满足”大震不倒，中震可修，小震不坏”的三水平设防目标。建议梁柱节点应参照与主体结构相同抗震等级的要求，采取抗震构造措施。如梁柱截面尺寸的要求，钢筋的锚圊和搭接要求，箍筋加密区的设置以及最小配筋率等的要求，以保证该附属结构具有足够的延性，切不可将支承小柱按“构造柱”设计。

2、应完善必要的拉结（约束）措施

防止因填充（围护）墙体倒塌而伤及应急逃生人员的生命安全。

（1）震害表明，由层间平台梁和支承小柱围合的填充墙，当采取了必要的拉结和约束措施后，可满足抗震设防的基本要求。设计中应作进一步明确，以确保在施工中得以落实。

（2）震害还表明，缺少托结和约束的填充（围护）墙基本倒塌。建议将支承层间平台的小柱。延伸至上部楼面梁底，与其设计成铰接节点，而不改变楼层梁的传力路径。同时，于层间平台标高设置钢筋混凝土水平圈梁并兜通，使之与支承层间平台的小柱形成对填充墙体的有效约束和围合，与填充墙体间按照框架填充墙的要求设置拉结钢筋，以提高围护墙的抗震稳定性。考虑到美观和实用性，向上延伸的小柱和水平圈梁的断面尺寸可同墙厚。

（3）为防止梯段板与其侧面的填充（围护）墙发生碰撞，建议在梯段板侧面与填充（围护）墙之间留有20 mm―30 mm宽的缓冲缝，可采用沥青麻丝类的柔性材料填之，以减轻因碰撞而倒塌的次生灾害。

结论

事实再一次告诫我们，在充分莺视主体结构安全的前提下，确保其附属结构和非结构构件不先于主体结构而破坏，同样是抗震概念设计的重要一环。更有利于实现减轻震害和减少人员伤亡的目标。

【参考文献】

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