框架結構樓梯的震害分析與設計對策

王皓

【摘要】本文主要探討了框架結構樓體的震害問題，針對樓梯震害深入剖析，從而提出了一些比較可行的預防震害的設計對策，以期可以為今后框架結構樓體的設計提供參考。

【關鍵詞】框架結構；樓體；震害；設計

一、前言

框架結構的樓體容易受到地震災害的侵襲，只有做好結構抗震設計，才能夠最大程度降低地震所帶來的災害，保證框架結構樓體結構的抗震效果，提升建筑的質量。

二、板式樓梯概述

板式樓梯作為目前建筑工程項目中最為常見的一種豎向通道，在各類建筑物中都極為常見。雖然在現代化社會發展中，電梯日趨普及，但是傳統的板式樓梯仍然在眾多新興建筑結構中以安全、方便的優勢占據著重要的地位。

1、板式樓梯概念

板式樓梯是將樓梯作為板來進行考慮的。是將板的兩端置放在休息平臺的邊梁上，而休息平臺支撐在墻體之上的一種樓梯結構。這種樓梯結構是目前建筑工程領域中最為常見的一種，極為常見的結構主要有三跑樓梯、單跑樓梯、雙跑樓梯等。它在應用中具備著受力簡單、施工方便的優勢。

2、板式樓梯的應用

板式樓梯作為當前建筑工程領域中最為常見的豎向交通通道，在各類建筑中得到了極為廣泛的使用。在結構分析中，這種樓梯通常都是按照受彎構件進行分析的，在受力彎件分析中，這些樓梯不僅表現出良好的工作性能，同時更是存在著方便、快捷以及安全性高的特點。

三、框架結構樓梯的震害破壞形式

樓梯在地震作用中受到破壞是以為普遍的，現階段，我國樓梯施工多為現澆混凝土制造，結合實際案例和以往震害資料，我們可以將現澆樓梯在框架結構中的建筑物在受到地震作用下的受破壞形式劃分以下幾種：

1、樓梯的平臺梁受到破壞：包括樓梯轉接出的平臺梁，樓梯上下梯段相交處的平臺梁各處梁體在地震作用下發生剪切、剪扭、彎曲變形等破壞。

2、現澆樓梯踏步板破壞：在地震的作用下，踏步板中預加的鋼筋和踏步板的混凝土界面發生破壞，使得內部鋼筋被拉斷或者發生彎曲變形；或者由于樓梯的剪切變形，使得鋼筋脫離出預制混凝土踏板；或者在預制混凝土踏步板和砌筑墻體連接的接縫出踏步板會從中滑落進而影響到整個框架結構。

3、樓梯柱破壞：像旋轉形樓梯等，旋轉中心的樓梯柱會隨著樓梯混凝土踏步板的破壞而破壞；還有就是樓間構造角柱的端部發生剪切破壞。

4、平臺預制板的破壞：和平臺梁緊挨的平臺預制板也是容易破損的結構，它主要是樓梯上下端頭部分發生剪切破壞等。

四、框架結構樓梯抗震設計要點

1、采用適當的平立面

如何對一個工程項目實施建筑布局與結構布置？這通常與建筑物的平立面直接相關。有數據表明，簡單、規則的框架結構樓梯其抗震能力普遍較強。這是因為復雜式框架結構樓梯在地震發生時內部構件的強度與剛度形不成一致規律，導致結構扭轉非常明顯。因此，在對框架結構樓梯的設計中務必加強措施，盡可能遵循建筑物的均勻對稱原則，避免采用不規則的建筑方案，從總體上降低框架結構樓梯的剛度偏心率，并準確無誤地計算出相關的地震反應數據，這有利于在必要的情況下采取抗震措施和細分處理措施，保障在地震作用下，受力有明確、直接的傳遞途徑。

2、選擇有利場地

在梯段板實際配筋計算時，梯段板按單向板力學模型進行配筋計算，上部負筋通常按照跨復雜性，首先需要通過概念抗震設計來間接實現“大震不倒”，樓梯的抗震概念設計與計算設計同等重要。由于施工場地的地質環境不同，建筑結構在地震中的反應也是不盡相同的。因此，在有選擇的情況下，選擇一塊有利于抗震的場地開展施工，很大程度上可以減輕地震所造成的損害。在選擇建筑場地之前，首先根據建筑場地的地質狀況及建筑結構的需求，分析出哪些是有利地段，哪些是不利地段，無論何時都不要在危險地段上進行建設，以免造成不必要的人員傷亡與財物損失。

3、保證結構的延性

所謂的結構的延性，就是在承載力沒有明顯減小的情況下，結構所能產生非彈性變形的能力，其很大程度上體現了結構的變形能力。有必要說明的是：在地震作用下，結構的延性直接影響著框架結構樓梯能否在災難中屹立不倒，所以結構的延性在某些意義上等同于結構的強度，二者都是建筑抗震設計中所要考慮的重要指標。那么怎么樣在地震作用下使框架結構樓梯的鋼筋混凝土展現出結構的延性呢？這應該盡量地將塑性變形集中作用于延性較好的構件上。良好的延性對建筑結構的作用無疑是肯定的，一方面它能有效地降低地震作用對框架結構樓梯的影響，另一方面還能吸收地震能量，防止建筑結構的倒塌。

4、增強建筑物的整體性

框架結構樓梯作為許多細節構件連接而成的整體，是一個具備空間剛度的結構體系，其能否承受地震驚人的破壞力量，全看各構件間能不能實現協調工作、有機地形成一個整體。所以說，框架結構樓梯的整體性能不但是建筑抗震的首要條件，還是框架結構樓梯抗震設計中的重點內容。一般來說，鋼筋混凝土現澆樓梯板和樓梯的整體性能好，在適當位置布設構造柱，并配置相應的構造鋼筋，不但能夠消除滑移、散落等問題，加強樓梯板的剛度值，還能適當放寬對框架結構樓梯的平面要求，對于框架結構樓梯的層間變形，也非常容易控制。

五、框架結構樓梯部分加強措施

在目前的建筑結構設計中，樓梯構件并沒有參與主體框架設計，也沒有考慮樓梯對主體結構的影響。通過對樓梯的框架結構模型的分析，我們可知考慮樓梯與不考慮樓梯對框架主體結構影響很大。下面對框架結構樓梯部分的加強措施有：

1.主體結構計算時考慮梯板參與工作，按計算結果加大配筋

由于樓梯的存在使得在樓梯間附近的框架構件的內力增大，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。建議在采用普通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。

2.切斷梯板與框架柱的聯系，在框架梁上做獨立小柱支撐樓梯板

上個方法是采用合適的斷面與配筋來抵抗地震作用；另外還可以采用“放”，即將半層平臺與柱的聯系切斷，在框架梁靠近框架柱的部位另設獨立小柱來支撐梯板。樓梯間相鄰構件出現的變化如下。

（1）Z2柱與樓梯半層平臺相連，橫向剪力突增，是樓梯平臺和柱無連接的3倍多；橫向彎矩增大較多。由此可見，斷開樓梯平臺和框架柱的連接，能有效減少樓梯平臺對框架柱的地震影響。

（2）半層平臺梁剪力增大較多，彎矩有所減小。

（3）梯板軸力增大較多。不論是否切斷樓梯平臺梁和柱的連接，梯板都承受了較大的軸力。今后在梯板設計中，應按拉彎構件設計，梯板負筋應全部拉通，而不能按現行構造手冊所示的負筋長度按l/4板跨截斷。

3.改進現有樓梯構造，按樓梯的實際受力狀態配筋

目前梯板的設計不論是教科書還是設計中經常參考的混凝土結構構造手冊，梯板配筋均采用單向板的配筋方式，在水平地震作用下，梯板將承擔較大的軸力，而梯板施工圖中卻基本未反映這種效應，導致梯板大量產生受拉破壞，所以梯板的配筋方式應使負筋完全貫通以承擔梯板中實際存在的軸力。由于梯板的斜撐作用導致樓梯平臺梁受到平面外的剪力，產生平面外彎矩。此部分目前在設計中也未加考慮，所以平臺梁設計時應如實考慮平面內和平面外的彎矩及剪力。按雙向受彎構件并按框架梁的要求進行設計。樓梯平臺板也應加強構造。采用雙層雙向配筋來近似考慮梯板的斜撐作用。

參考文獻

[1]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，2013，43（10）

[2]劉小虎.框架結構中樓梯的抗側剛度分析[J].工業建筑，2014，39：334-337