框架結構樓梯間設計建議

宋 亮

(上海鼎勝建筑工程管理設計有限公司，上海 200333)

汶川地震中大量框架結構和框剪結構框架部分中的樓梯遭到較為嚴重的破壞，與樓梯相連的框架柱也有損壞。因此，《新抗規》6.1.15條提出:對于框架結構，樓梯間的布置不應導致結構平面特別不規則;樓梯與主體結構現澆時，應計入樓梯構件對地震作用及其效應的影響，應進行樓梯構件的抗震承載力驗算;宜采取構造措施，減少樓梯構件對主體結構剛度的影響。

1 工程實例計算及分析對比

本工程為哈爾濱松北紅星美凱龍世博家居廣場，采用5層框架模型，抗震設防烈度為6度第一組，設計基本地震加速度為0.05g，場地類別為Ⅱ類，乙類建筑，框架抗震等級為二級，計算振型個數為15，地震影響系數最大值為0.04 s。地下兩層，層高分別為3.9 m，5.5 m，地上5層，1 層層高5.5 m，2 層 ～4 層5.2 m，5層8.5 m，基本為 8.4 m ×8.5 m 的柱網，柱子截面為 0.8 m ×0.8 m 及0.7 m ×0.7 m，梁截面 X 方向為 0.3 m ×0.7 m，Y 方向為0.35 m×0.8 m，樓梯大多分布在角上或是邊上，如圖1所示。

圖1 世博家居廣場結構示意圖

本工程采用SATWE(結構空間有限元分析軟件)分析，對于計入和不計入樓梯的情況作如下比較分析。由表1可知，無樓梯的情況下周期比較大，而建入樓梯后，周期減小，尤其是順梯方向，平動周期減小了18.20%，而扭轉周期減小了20.43%，這是由于框架結構樓梯構件與主體整澆時，樓板起到斜支撐的作用，而這個斜撐是單向性的。說明樓梯對于整體剛度是有貢獻的。

表1 自振周期對比表

表2 結構側向位移

表2顯示，沒有樓梯的情況下，位移角大，而有樓梯的情況下位移角減小，說明建入樓梯后剛度增大。而從位移比計算結果可以看出，無樓梯的情況下，位移比小于1.2，建入樓梯后，位移比超過了1.2，屬于平面不規則，這是由于建入樓梯后，樓梯間位置抗側剛度增大，而樓梯間又是非均勻布置，使得結構剛心和質心不對稱，造成結構的扭轉效應增大。說明樓梯間的平面布置對結構剛度的影響很大。通過表3可以看出，建入樓梯后，結構的地震剪力增大，尤其是Y向，增大了約13%，這是因為樓梯參與整體建模后，使得結構自振周期減小，剛度增大，地震中將吸收更多的地震能，因此，最大地震作用力就會增大。

表3 層剪力(地震作用下) kN

2 設計建議

樓梯參與整體建模后，結構的自振周期減小，最大水平位移和層間位移減小，剛度增大，最大地震反應力增大。因此，結構抗震設計時，如果樓梯與結構整體現澆，就不能忽略框架結構中樓梯的作用。但是，由于SATWE目前的樓梯參與計算情況不夠理想，不能過分依賴，因此適當的通過一些措施，使樓梯間更合理化地去滿足抗震要求。國家建筑標準設計圖集(11G101-2)2.2.6條中提出，對參與抗震的樓梯，板厚不宜小于140，采用雙層配筋，兩側設置邊緣構件，邊緣構件的寬度取1.5倍的板厚;邊緣構件縱筋數量，當抗震等級為一、二級時不少于6根，當抗震等級為三、四級時不少于4根。縱筋直徑為12且不小于樓板縱向受力鋼筋的直徑;箍筋為Φ6@200。梯梁按雙向受彎構件計算，當支撐在梯柱上時，其構造作法按11G101-1中框架梁KL;當支撐在梁上時，其構造作法按11G101-1中非框架梁L。平臺板按雙層雙向配筋。朱炳寅的《建筑結構設計問答及分析》一書中提到，對參與抗震的樓梯，應特別注意設置樓梯形成的框架短柱，柱箍筋除應滿足計算要求外，宜按抗震等級提高一級配置;樓梯梁上的小柱，也應按框架柱要求設計，并且應確保柱截面面積不小于300×300，柱最小邊長不應小于200，并相應增加另一方向的柱截面長度;與框架柱、樓梯小柱相連的樓梯平臺梁應滿足框架梁的構造要求。上海市建筑業管理辦公室文件關于本市建設工程鋼筋混凝土結構樓梯間抗震設計的指導意見中提出:1)梯柱截面不宜小于250 mm×250 mm或200 mm×300 mm;柱截面縱向鋼筋:抗震等級為一、二級時不宜少于4d16，三、四級時不宜少于4d14;箍筋應全高加密，間距不大于100，箍筋直徑不小于10 mm。2)梯梁高度不宜小于1/10梁跨度，縱筋配置方式宜按雙向受彎和受扭構件考慮，沿截面周邊布置的間距不宜大于200 mm，箍筋應全長加密。3)樓梯板厚不宜小于d10@150，并具有足夠的抗震錨固長度。我認為，由于樓梯的存在使得在樓梯間附近的框架的內力增大，在地震作用下增大更明顯，而其對遠離樓梯間的框架構件內力的影響很小。因此，建議在采用結構設計軟件計算分析的基礎上，適當放大與樓梯構件直接相連的框架梁柱的配筋。

事實上，由于考慮到目前的計算軟件不能完全真實地反映樓梯間參與抗震的情況，可采取構造措施，將樓梯與整體結構脫離，使樓梯不參與整體結構受力。《新抗規》中也提出:宜采取構造措施，減少樓梯構件對主體結構剛度的影響。國家建筑標準設計圖集(11G101-2)中提出，如采用滑動支座，可以不考慮樓梯參與整體計算，其適用條件為:兩梯梁之間的矩形梯板全部由踏步段構成，即踏步段兩端均以梯梁為支座，滑動支座直接落在梯梁挑板上。當然采用滑動支座雖然可以忽略樓梯構件的影響，但不等于消除了影響，所以樓梯間還是應該采取相應的加強措施，因此建議樓梯間的框架柱箍筋除應滿足計算要求外，宜按抗震等級提高一級配置并全長加密，適當放大與樓梯構件直接相連的框架梁柱的配筋。縱向面筋拉通且不小于最小配筋率，底、面縱筋均具有足夠的抗震錨固長度;梯梁加強抗剪抗扭構造，箍筋不小于φ8@150，腰筋不小于N2φ14;梯柱截面不小于墻厚×300，混凝土標號不低于C25，縱筋不小于4φ14，箍筋不小于φ8@100。

綜上所述，對于滿足圖集11G101-2中允許不參與整體計算的樓梯形式要求的，在整體計算時，可以忽略樓梯構件的影響并采取相應的措施，而對于不符合這種情況的，就應該考慮樓梯構件對地震作用及其效應的影響，適當的通過一些措施，使樓梯間更合理化地滿足抗震要求。樓梯間大樣圖見圖2。

圖2 樓梯間大樣圖

3 結語

由以上實際工程的整體分析并結合規范，可以看出，對于框架結構，樓梯設計對建筑抗震的影響應當被我們這些設計師高度重視，不管計入或不計入樓梯的影響，都應從實際出發，以概念設計為基礎，使得樓梯對于建筑抗震的影響降到最低，從而使建筑結構更為合理。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［2］ 11G101-2，鋼筋混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖(現澆混凝土板式樓梯)［S］.

［3］ 王 奇，馬寶民.鋼筋混凝土現澆樓梯對整體結構的影響［J］.建筑結構，2002，32(4):27-29，69.

［4］ 馮 遠，吳小賓，李從春，等.現澆樓梯對框架結構的抗震影響分析與設計建議［J］.土木工程學報，2010，43(10):53-62.

［5］ 朱炳寅.建筑結構設計問答及分析［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.