板式楼梯在框架结构中的抗震设计分析许旻文

板式楼梯在框架结构中的抗震设计分析许旻文

许旻文

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司上海200092）

【摘要】自汶川大地震后，我国对于建筑建设质量与其抗震能力越来越关心，如何进一步提高建筑物的抗震能力受到了广泛关注。笔者通过分析汶川大地震中事故案例发现，存在着不少建筑物是由于其板式楼梯的破坏而发生的悲剧。楼梯，作为人员疏散的重要环节，楼梯的破坏也成为了地震中致人死亡的一个主要诱因。所以笔者谨以此文来对板式楼梯在框架结构中的抗震设计进行分析，探讨个人对于板式楼梯的抗震设计及施工措施一些看法。

【关键词】板式楼梯；框架结构；抗震设计对策；施工对策

【中图分类号】TU229【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）20-0044-02

引言

板式楼梯由于梯段无边梁，造型轻巧，模板简单，施工方便，被广泛使用。框架结构作为多层结构最常用的结构形式，同样被广泛使用。因此，板式楼梯在框架结构中的抗震设计分析具有一定的代表意义。地震作用下，楼梯的梯板具有斜撑的受力状态，对于框架结构的整体刚度往往有较明显的影响。之前常规的结构设计方法仅考虑了楼梯竖向等效荷载，并未考虑楼梯刚度对结构整体的不利影响，存在一定的安全隐患。楼梯是楼层间的垂直交通枢纽，是地震时人员疏散的生命通道，因此确保楼梯的安全性尤为重要。

1.板式楼梯损坏类型与原因分析

1.1梯板的破坏

笔者通过分析汶川地震以及相关案例发现，梯板的破坏主要是由于在地震力作用下，梯板受到了过大的外力作用。破坏性断裂点主要存在于施工缝或梯板上部钢筋截断位置。导致此类破坏的原因一方面是施工时施工缝未按规范要求施工，存在一定量的夹渣导致新老混凝土未有效结合，在遇到较大地震力作用时开裂破坏。另一方面，由于常规楼梯板计算按简支计算，梯板上部只按照构造要求配置钢筋，且只在两侧支座向内1/4的板跨范围布置，使得在有竖向地震力时梯板上部出现负弯矩的情况下，产生裂缝甚至破坏。

1.2平台梁、板的破坏

在地震中板式楼梯的平台梁、板也是主要的损坏位置。在常规使用状态下，板式楼梯由于梯板对于平台梁、板的推力较小，使得平台梁、板可以满足承载力要求。但在地震力的作用下，楼梯伴随有斜撑的受力状态，梯板轴力大幅增加。使得楼梯梁在平面外受弯、受剪，而常规梯梁计算只考虑垂直方向的荷载，按照受弯构建计算承载力，在平面外地震力大幅增加时，无法满足承载力要求，导致破坏。

1.3楼梯柱的破坏

笔者发现部分板式楼梯的梯间小柱也是地震中容易损坏的部位。由于受到建筑条件限制，楼梯柱往往只能做200mm宽嵌在砌块墙内。当梯板荷载较大时（大于0.7ftbho），设计师经常忽视规范要求梯梁钢筋锚固长度大于12d的要求。另外，在某些受到层高限制，无法在半平台范围内加楼梯梁的情况下，往往只在半平台的最外侧设置两颗楼梯柱、拉一道楼梯梁，这样无法在半平台有效形成框架，不利于抗震。由于梯柱在计算时同样未考虑地震作用，梯柱钢筋普遍偏小。在大震时，楼梯柱出现柱头破损、梯梁钢筋被拔出等破坏形态，导致了楼梯间整体破坏。

1.4楼梯间框架柱破坏

楼梯间内由于半平台的梁、板经常与框架柱相连，使得该处框架柱的净高只有其他位置框架柱的一半甚至更小，从而形成了短柱。地震时在刚性楼板假定的前提下，其承担的地震剪力远大于其他框架柱，而这部分力在常规建模计算时并未考虑，使得在大震时该处框架柱容易产生剪切破坏。

2.板式楼梯的抗震对策与建议

2.1设计对策

2.1.1在整体模型中加入楼梯构建

现有软件如PKPM、盈建科、Etabs都已经开发出操作方便又与实际情况较吻合的楼梯计算模拟的方法。笔者在上海某多层办公楼项目设计中采用盈建科对是否考虑楼梯建模分别进行了计算比较。该项目为地下一层、地上四层，结构高度16.2m。设防烈度为7度（0.1g），场地类别为Ⅳ类，特征周期0.65s，采用框架结构，抗震等级为三级，计算结果详解表1。分析表中数据可得，在考虑了楼梯模型以后，由于斜撑作用使得整体刚度增加，周期减小，层间位移角减小。楼梯的斜撑作用的确对整体建筑有一定的影响，并且发现在某些平面特别不规则的建筑中影响更大。另外，对比了与楼梯间相连框架柱的内力后发现，该框架柱沿楼梯平台方向的剪力和弯矩均明显增加，验证了由于短柱效应可能导致的剪切破坏。

表1

2.1.3加强楼梯构造

笔者认为就目前来看，滑动支座仅在一定程度上解决了板式楼梯对于整体建筑的影响，但楼梯本身在构造上仍需适当加强。根据规范要求，楼梯间的布置应当有利于人员疏散，尽量减少其造成的结构平面特别不规则。上海建设工程钢筋混凝土楼梯间抗震设计的指导意见中还明确了，楼梯间的框架梁、柱（包括楼梯梁、柱）的抗震等级应比其他部位同类构建提高一级，并适当加大截面尺寸和配筋率。楼梯间与主体结构之间应当有足够可靠传递水平力的构件，在建筑条件允许的前提下，建议在楼梯间的四角布置框架柱。另外，即使采用滑动支座，建议整体内力分析时也考虑楼梯构建的影响，并与不计楼梯构建影响的计算模型进行比较，按最不利内力进行配筋。

2.2施工对策

除了设计以外，施工质量也是影响板式楼梯在框架结构中的抗震能力的重要因素。由于滑动支座的推广，滑动支座的施工问题也成为板式楼梯的安全隐患之一。笔者在多处施工现场发现施工单位由于对施工便利性及成本的考虑，滑动支座中更习惯采用预埋钢板的方法，但钢板之间并未根据要求满铺石墨粉。另外，在滑动支座需要填充聚苯板的凹槽中，也经常充斥着大量混凝土碎块等建筑垃圾。这不禁让人对于地震时滑动支座能否有效滑动产生质疑。另一个安全隐患在于现场施工缝的设置，经常在一些梯板施工缝中发现大量夹渣的存在，这也直接导致了施工缝成为了的薄弱点，地震中出现了前文提到的破坏形式。其次，根据混凝土施工和验收规范，施工缝应该垂直于梯板，但是在施工过程中也往往没有做到。要解决此类问题，施工管理方必须加大监管力度，务必根据相关规范和要求严格执行。

参考文献

[1]吴勇，王周胜，张玲.框架结构中板式楼梯震害分析及对策探讨[J].建筑技术.2009.

[2]胡琼辉.板式楼梯的震害分析与设计对策[J].城市建设理论研究.2015.

[3]陈东明，杨德建.汶川地震中板式楼梯的破坏分析及抗震措施[J].天津城建大学学报.2011.

[4]窦立军，许明玉，王维.板式楼抗震建议[J].长春工程学院学报.2014.