鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯的震害分析及設(shè)計(jì)建議

1、第卷增刊年月工學(xué)版）武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（）文章編號：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯的震害分析及設(shè)計(jì)建議金聯(lián)社，付志斌（）國家核電公司電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京摘要：樓梯是重要的緊急逃生豎向通道，它的完整性對人員的安全異常重要；然而在汶川地震中，鋼筋混凝土框本文通過汶川震害分析，提出樓梯構(gòu)件的具體計(jì)算方法和相應(yīng)的抗震構(gòu)造措架結(jié)構(gòu)的樓梯構(gòu)件破壞非常嚴(yán)重以期望能有效地解決樓梯構(gòu)件在地震中的安全問題，為以后的結(jié)構(gòu)和樓梯設(shè)計(jì)提供借鑒施，關(guān)鍵詞：混凝土樓梯；震害分析；整體分析；隔離層中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：，（，），：；，：；框架結(jié)構(gòu)樓梯震害嚴(yán)重的原因：框架抗側(cè)剛度而樓梯板類似斜撐，使樓梯間抗側(cè)剛度大，地震小，剪力也大；

2、樓梯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳力途徑也復(fù)雜樓梯震害主要有以下幾方面：）上下梯段板交叉處梯梁和梯梁支座剪扭破壞當(dāng)剪扭力很大時(shí)，梯梁剪扭破壞會延伸到休息平臺板內(nèi)如為板式樓梯無梯梁時(shí)，則休息平臺板在剪扭作用下被撕壞）梯板受拉破壞或拉斷在水平地震作用下，斜向梯板具有斜撐受力特點(diǎn)，即受反復(fù)拉壓力作用，在梯板施工縫薄弱部位和梯板與框架梁相交的不利受力位置易產(chǎn)生拉裂破壞，甚至拉斷，失去逃生通道功能拉力傳至休息平臺，也會使梯梁與休息平臺之間拉裂前言當(dāng)發(fā)生地震和火災(zāi)時(shí)，樓梯是重要的緊急逃生豎向通道樓梯的破壞會延誤人員的撤離及救援工作，從而導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡為了保證樓梯的正常工作，不僅要保證樓梯結(jié)構(gòu)的整體性能，還應(yīng)避免樓梯受一些非結(jié)

3、構(gòu)部件脫落的堵塞然而，從汶川地震的震害分析可知，我國現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)的樓梯震害較嚴(yán)重，樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚需改進(jìn)汶川樓梯震害汶川地震造成大量樓梯破壞，其中框架結(jié)構(gòu)的樓梯破壞最為嚴(yán)重，甚至造成樓梯板斷裂而使得逃生通道被切斷，：作者簡介：金聯(lián)社（男，高級工程師，主要從事電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，）武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）第卷）休息平臺處短柱破壞樓梯休息平臺處的框架柱和梯柱的剪跨比通常小于其他部位的框架柱，成為整個(gè)結(jié)構(gòu)中的短柱，地震剪力相對較大，容易發(fā)生破壞樓梯震害分析樓梯對框架結(jié)構(gòu)的整體影響以層兩側(cè)有兩樓梯間的兩單元住宅樓為算例，比較種情況：有梯梁梯柱和無梯梁梯柱時(shí)樓梯對框架結(jié)構(gòu)的整體影響，有梯梁梯柱時(shí)樓梯形成一個(gè)更復(fù)

4、雜的支撐體系計(jì)算結(jié)果見表、表有樓梯（無梯梁梯柱）與無樓梯的比較不參與空間參與空間分析分析相差向?qū)觿偠认蝽旤c(diǎn)最大位移向第周期向地震作用表有樓梯（有梯梁梯柱）與無樓梯的比較不參與空間參與空間分析分析相差向?qū)觿偠认蝽旤c(diǎn)最大位移向第周期向地震作用由表和表可以看出，有無梯梁梯柱的樓梯對結(jié)構(gòu)的整體影響不同，但都較大；有梯梁梯柱時(shí)，樓梯對框架結(jié)構(gòu)的整體影響更大樓梯對相連部件的影響（以上述層框架為例）仍以上述層框架為例進(jìn)行分析）樓梯對結(jié)構(gòu)角柱的影響：樓梯對多高層結(jié)構(gòu)的底層角柱影響較大，通過計(jì)算對比，角柱的軸力增加倍，柱配筋增加左右）樓梯對梯柱的影響：經(jīng)研究表明，度和度以上時(shí)梯柱最大拉力與地震作用的大小有較大的

5、關(guān)系實(shí)際工程中度時(shí)梯柱最大拉力也有達(dá)到，度和度以上時(shí)梯柱應(yīng)按最大拉力配筋）樓梯對梯梁的影響：在地震作用下，考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)工作后，梯梁在梯板的拉壓力作用下承受了雙向剪力，與通常不考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)工作的計(jì)算方法相比，梯梁中剪力值增加近倍，且剪力分布也發(fā)生顯著改變上下梯板交接處的梯梁中部和梯梁支座處均承受很大的剪力，極易發(fā)生剪扭破壞同時(shí)在度和度以上地區(qū)，梯梁剪力和扭矩隨地震作用增大而增大，地震引起的剪扭起控制作用因此，度和度以上時(shí)梯梁須考慮抗震計(jì)算和設(shè)計(jì)）樓梯對梯板的影響：在地震作用下，樓梯實(shí)際參與了主體結(jié)構(gòu)工作，梯板具有類似斜撐的作用，地震下受到很大的拉壓軸力，尤其是底部幾層以通過有限元

6、對梯板的分析可知：梯板的拉、壓應(yīng)力為，遠(yuǎn)大于樓層樓板的拉、壓應(yīng)力左右的范圍，且隨著地震作用增加，地震引起的拉應(yīng)力起控制作用，梯板構(gòu)造鋼筋抵抗不了拉、壓應(yīng)力因此，度和度以上時(shí)，梯板須按平均拉應(yīng)力計(jì)算板鋼筋，按恒活載計(jì)算的鋼筋可能不夠）彈塑性分析表明，考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)受力后，結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制為：梯板受拉屈服梯梁在上下梯板之間位置受剪破壞梯柱屈服與樓梯相連的框架柱屈服框架柱喪失承載能力而且，樓梯成為整個(gè)結(jié)構(gòu)首先破壞的部位，作為逃生通道的樓梯是不允許先行破壞的因此，有必要采取其他措施，保證樓梯作為逃生通道的安全性減少地震力作用下樓梯受力的設(shè)計(jì)建議由以上考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)共同工作后的結(jié)構(gòu)抗震分析可知

7、，樓梯和樓梯間框架柱的內(nèi)力比不考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)共同工作分析方法所得到的內(nèi)力顯著增大，這一方面使得樓梯的設(shè)計(jì)難度增大，另一方面樓梯間會成為地震中首先發(fā)生破壞的部位與此同時(shí)，框架部分的內(nèi)力將會比不考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)共同工作分析方法所得到的內(nèi)力有所減小，這又會使得框架部分的抗震安全性比以往不考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)共同工作的設(shè)計(jì)結(jié)果有所降低為解決這個(gè)兩難問題，減輕樓梯震害，確保樓梯在地震中安全與通暢，可采用以下種方法）抗的方法在樓梯間采取增大主體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的措施，如增加剪力墻，這樣可以使得樓梯間的地震力主要由剪力墻承擔(dān)，使得樓梯構(gòu)件的受力降低，再采取加強(qiáng)樓梯的構(gòu)造措施，確保樓梯在地震中的安全和暢

8、通，此時(shí)結(jié)構(gòu)模型成為框架剪力墻結(jié)構(gòu)或少墻框架結(jié)構(gòu)，這也會在整體上增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力但此時(shí)需注意，樓梯間依然是結(jié)構(gòu)抗震的第一道防線，其破壞后框架部分的地震內(nèi)力會增大，因此，建議框架部分仍按不考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)共同工作分析方法所得到的內(nèi)力進(jìn)行設(shè)增刊金聯(lián)社，等：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯的震害分析及設(shè)計(jì)建議計(jì)顯然，這樣的設(shè)計(jì)造價(jià)會比以往有顯著增加）放的方法采取構(gòu)造措施，斷開樓梯與主體結(jié)構(gòu)的連接，使樓梯不參與整體結(jié)構(gòu)受力這種措施不但能改善樓梯受力狀態(tài)，還可以減少由樓梯引起的結(jié)構(gòu)不規(guī)則和地震反應(yīng)的不確定性該方法的具體措施有種方案，種方案的上跑梯板在休息平臺處均設(shè)置隔離滑動層，與休息平臺隔離；不同之處在于，

9、休息平臺較小時(shí)采用懸臂休息平臺，休息平臺較大時(shí)采用雙梯柱方案隔離滑動層處鋼筋不連通，為減少摩擦，水平縫處可采用聚四氟乙烯板，或采用柔性材料（如聚苯板）、層油氈；也可直接將隔離滑動層設(shè)置為施工冷縫（但這種做法摩擦力較大）這種方法可基本消除樓梯參與整體結(jié)構(gòu)的共同工作，使樓梯本身也成為非抗側(cè)力構(gòu)件，故可不考慮抗震要求，在結(jié)構(gòu)抗震分析計(jì)算中也不需考慮其剛度影響，可仍按傳統(tǒng)的方法進(jìn)行樓梯部分的設(shè)計(jì)大震作用下水平位移的確定參考復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)公式，梯板和平臺板之間防震縫為：（）大（）式中：（）為兩側(cè)建筑物在跨度方向大震下的彈塑性水平位移；（）為兩側(cè)建筑物在跨度方向小震下的彈性水平位移；為計(jì)及大震

10、作用下結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后結(jié)構(gòu)彈性剛度退化影響；大為大震作用與小震作用之比，見表表大大震作用小震作用抗震設(shè)防烈度度度度度度小震大震大休息平臺板一側(cè)最小支座寬度為（）式中：為梯板跨度方向防震縫寬度；為梯板最小支撐長度，取假設(shè)某工程抗震設(shè)防烈度為（）度，梯板和休息板之間跨度方向在小震下的彈性水平位移為那么梯板在大震作用下最大水平支承長度為（）（）大（）××（）×（）（）總結(jié)）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先采用第種方法，使樓梯不參與整體結(jié)構(gòu)受力同時(shí)應(yīng)采用如下構(gòu)造措施：樓梯間兩側(cè)采用輕質(zhì)砌體填充墻時(shí)，應(yīng)設(shè)置水平間距的構(gòu)造柱，設(shè)置豎向間距的水平構(gòu)造連接筋，樓梯板不應(yīng)嵌砌入填充墻，框架結(jié)構(gòu)樓梯間首層外門兩側(cè)宜設(shè)置構(gòu)造柱以固定門框）如果按傳統(tǒng)方法設(shè)置樓梯，應(yīng)考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)共同工作進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定樓梯的受力；同時(shí)還應(yīng)按無樓梯情況進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)受力分析，確定框架部分的受力在樓梯配筋設(shè)計(jì)時(shí)，梯板應(yīng)采用雙層配筋，以承受拉力；梯梁的抗剪扭鋼筋應(yīng)增強(qiáng)；梯柱應(yīng)按抗彎抗剪計(jì)算，并增強(qiáng)抗剪能力）樓梯間在結(jié)構(gòu)平面中不要靠近端部，避免對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)參考文獻(xiàn)：胡慶昌，孫金墀，鄭琪建筑結(jié)