板式樓梯抗震

　　板式樓梯抗震【1】

　　摘要： 本文結合算例，對地震力作用下鋼筋混凝土框架結構設板式樓梯和不設板式樓梯兩種情況進行對比分析，從而得出在地震力作用下板式樓梯構件對鋼筋混凝土框架結構的影響和板式樓梯構件在地震力作用下的受力情況。

　　Abstract: Combining with the examples, this paper compared and analyzed two cases: seismic force setting up plate staircase in reinforced concrete frames structure and without plate staircase under earthquake force, so that got the impact of plate staircase to the reinforced concrete frames structure and the stress state of reinforced concrete frames under earthquake force.

　　關鍵詞： 板式樓梯;鋼筋混凝土框架結構;地震力

　　Key words: plate staircase;reinforced concrete frame structure;earthquake forces

　　0引言

　　在汶川5.12地震前，建筑結構分析通常不考慮現澆混凝土樓梯對整體結構的影響，然而，在汶川地震中，不同結構類型建筑的樓梯均發生了不同程度的破壞，尤其以框架結構的樓梯破壞最為嚴重。

　　發生強烈地震時，樓梯間是重要的緊急逃生豎向通道，樓梯間(包括樓梯板)的破壞會延誤人員撤離及救援工作，從而造成嚴重傷亡。

　　因而，新出的《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)新增了樓梯間的抗震設計要求。

　　該規范要求，對于框架結構，樓梯構件與主體整澆時，樓梯起到了斜向支撐的作用，對結構剛度、承載力、規則性的影響比較大，應參與抗震計算;當采取措施使得樓梯構件對結構剛度等影響較小時，則可忽略樓梯對結構整體計算的影響。

　　本文結合算例，來研究板式樓梯構件在地震中對鋼筋混凝土框架結構的影響和板式樓梯構件在地震作用下的受力情況。

　　1樓梯構件對整體結構的影響

　　以一個五層鋼筋混凝土框架結構(如圖1、圖2所示)為例，通過Midas Gen軟件對其設有樓梯和不設樓梯這兩種情況分別進行分析計算，得出該結構在地震力作用下的位移結果，如表一、表二所示。

　　從表中可以看出，考慮樓梯參與抗震計算后，該結構的層間位移和層間位移角都明顯減小，而且位移比也發生了明顯變化。

　　上述表明，樓梯間的存在增加了框架結構的剛度，減小了結構的側移，而且樓梯的平面布置可能會改變結構的剛度中心位置。

　　2樓梯構件在地震作用下的受力

　　在框架結構當中，鋼筋混凝土樓梯的影響最為明顯，這是因為框架結構自身剛度較小，而樓梯的踏步形成了K型支撐，吸收了較多的地震力，從而導致樓梯破壞嚴重。

　　如圖3～圖6所示，考慮地震作用和不考慮地震作用，樓梯的受力結果有很大的區別。

　　考慮地震作用時樓梯的軸力和彎矩都有大幅度增加。

　　3結論

　　在地震當中，混凝土現澆樓梯對整體結構影響較大，尤其是對框架結構影響尤為明顯。

　　同時，樓梯自身也承受較大地震力作用。

　　因此，在進行結構設計過程中，不可忽略樓梯對整體結構的影響和樓梯自身的抗震設計。

　　如若不想做樓梯的抗震設計，也可采取以下措施來減小樓梯對整體結構的影響，從而減輕樓梯的破壞。

　　①在框架結構的樓梯間處設置混凝土剪力墻，形成框架-剪力墻結構。

　　②當上述①條沒有條件實現時可以采取樓梯踏步端設置滑動支座的方法。

　　參考文獻：

　　[1]王奇，馬寶民.鋼筋混凝土現澆樓梯對整體結構的影響.北京：中國建筑工業出版社，2002.

　　[2]《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010).北京：中國建筑工業出版社，2010.

　　框架結構板式樓梯抗震設計【2】

　　摘要：框架結構中的樓梯設計，既關系到建筑使用者的生命財產安全，又與建設單位的經濟利益緊密相連。

　　特別是樓梯的抗震設計，其重要性不言而喻。

　　文章簡述了板式樓梯的概念和建模方法，分析了框架結構中板式樓梯的破壞形態及成因，探討了板式樓梯抗震設計要點及施工措施。

　　關鍵詞：板式樓梯;PKPM建模;抗震設計;施工措施

　　引言

　　框架結構是目前最常用的建筑結構形式，而板式樓梯是框架結構中最常用的樓梯形式，據此邏輯可以證明：關于框架結構中板式樓梯的設計方法和抗震性能研究，具有普遍性和極強的代表性。

　　眾所周知，當建筑遭受地震等外界巨大作用力時，板式樓梯是極易受到破壞的。

　　樓梯一旦被破壞，人們在地震時唯一的逃生通道就沒有了，這給人員逃生和震后救援帶來了極大的難度。

　　為此，必須要重視起建筑結構中板式樓梯的抗震設計。

　　一、板式樓梯的概念與設計建模

　　樓梯作為房屋建筑工程里最常見的豎向通道，其結構形式主要分為板式樓梯和梁式樓梯。

　　其中板式樓梯以其受力簡單，施工方便的優勢，廣泛應用于各類建筑中。

　　單跑樓梯、雙跑樓梯、三跑樓梯等都可采用板式樓梯。

　　1、板式樓梯的概念

　　板式樓梯由混凝土直接澆注而成，是將樓梯作為一塊板考慮，板的兩端支承在休息平臺的邊梁上，休息平臺支承在墻上。

　　2、板式樓梯設計建模解析

　　在利用PKPM建模時，模型中加入樓梯的目的是模擬樓梯對建筑整體剛度的影響。

　　如果不輸入樓梯，在模型里只需要建梯柱，在結構樓面布置信息中把樓梯處板的板厚設置為0，在樓面荷載傳導計算中，按具體情況輸入樓梯的恒荷載和活荷載。

　　但這樣輸入，實際上跳開了把樓梯板模擬為扁梁壓在樓梯梁上形成集中荷載的過程，而把板荷載以線荷載的形式壓在樓梯梁上。

　　關于在模擬的扁梁上加線荷載還是加單向板荷載，區別就在于一個形成集中荷載，一個形成線荷載。

　　至于開洞還是設置板厚為0，對于按照剛性考慮的整體周期基本沒有影響，唯一有影響的是樓梯梁。

　　如此，以上兩種做法均是可行的。

　　只是，按照在模擬樓梯板的扁梁上加線荷載的做法，對扭矩影響過大，相比還是按照加單向板荷載考慮更合理。

　　需要注意的是，樓梯有踏步，且有剛度。

　　在輸入模擬樓梯板的扁梁時，應比單獨計算樓梯時的樓梯板厚度更大，且考慮踏步荷載，而不能只輸入面荷載和活載。

　　二、框架結構板式樓梯的破壞原因分析

　　框架結構板式樓梯在地震作用下發生破壞的主要原因是抗震構造不足以抵抗地震剪力。

　　框架結構板式樓梯的破壞形態主要有以下幾種：

　　1、梯間小柱破壞

　　從結構抗震性的角度考慮，在設計樓梯過程中，最好不要用磚砌體作為樓梯平臺梁的支撐。

　　現在最常用的做法是在鋼筋混凝土框架梁上設小柱，小柱頂在兩個方向設梁。

　　由于受到建筑平面的約束，梯間小柱截面一般為200mm×200mm或250mm×250mm，縱筋配螺紋14或16。

　　在地震發生時，樓梯間小柱大部分破損都出現在柱頭，也有梯梁縱筋被拔出的現象。

　　出現這種破壞的原因是：柱截面過小，梯橫梁鋼筋在柱內的錨固長度不能滿足最小錨固要求;在梁柱節點位置，混凝土澆筑施工難度大，導致質量差，強度低;設計時沒有充分考慮地震時該柱實際存在的地震彎矩，以至鋼筋混凝土柱的強度不足等。

　　2、梯板破壞

　　樓梯梯板的破壞大多是梯板受到外界作用力而發生斷裂。

　　其斷裂的部位一般都在距離支座的1/3處、施工縫處、裝修層以及沿梯板長度方向等部位。

　　導致梯板破壞的原因除了地震的強大外力作用以外，還有在建筑施工中，對梯板的施工縫留置不夠合理恰當，或者施工縫中存在較多夾渣，使得新舊混凝土結合性較差，使其在外力作用下極易發生斷裂。

　　除此之外，對樓梯進行配筋設計時沒有充分考慮到梯板的抗震性，因而布置鋼筋時忽視了其所能承受的最大拉力，也很容易引起梯板斷裂。

　　3、樓梯平臺板和平臺梁的破壞

　　到目前為止，我們大多是按照受彎計算的方法對建筑樓梯平臺梁以及平臺板進行設計。

　　這樣一來，樓梯平臺梁板在使用的過程中受到較小推力時，能夠保證安全使用。

　　但是一旦遭受地震作用，樓梯梁板受到較大軸力，而且樓梯平臺梁板結構寬度多在200～250mm之間，這樣就使得平面梁板的抗彎和抗剪能力減弱，從而導致在發生地震時樓板和平臺梁板結構受到比較嚴重的破壞。

　　4、梯間框架柱剪切破壞

　　目前，板式樓梯在半層處平臺通過平臺梁和平臺板與框架柱相連。

　　與其他位置框架柱相比，樓梯間框架柱凈高約為其他位置框架柱凈高的一半。

　　假定樓板為剛性，其分得的地震剪力約為其他框架柱的8倍，即便考慮樓梯平臺的一部分位移，樓梯間的框架柱分得的地震作用也比其他位置的框架柱的地震作用大得多，以致地震區中大量的樓梯間框架柱發生嚴重的剪切破壞。

　　5、樓梯間填充墻破壞

　　因為梯板斜向放置，梯間小柱將樓梯間填充墻分割成幾片零碎墻體，另外梯間小柱沒有伸至上層梁底，填充墻構造措施不滿足要求等幾個原因，導致樓梯間填充墻比其他地方墻體破壞更為嚴重，在地震時可能造成更多的人員傷亡和損失。

　　三、框架結構板式樓梯抗震設計要點及施工措施

　　1、對于主體結構計算要考慮梯板參與工作，根據計算結果增大配筋

　　參考樓梯梯板的斜撐之后，結構的整體性能出現了非常大的變化，特別是梯板和樓梯半層平臺相連的框架柱，它的受力將出現非常大的變化，設計時當選用恰當的軟件，精準研究樓梯的受力狀況。

　　2、切斷梯板和框架柱的聯系，在框架梁上做獨立小柱支撐樓梯板

　　切斷半層平臺和柱的聯系，在框架梁距框架柱近的地方另設單獨的小柱來支撐梯板。

　　樓梯間相近構件產生的變化如下面所說：

　　(1)由于梯板斜撐的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。

　　(2)樓梯柱和樓梯半層平臺連接，比樓梯平臺與柱無連接時的橫向剪力增大幾倍甚至還要多;橫向彎矩變大。

　　由此可見，切斷樓梯平臺與框架柱的連接，可以在一定范圍內降低樓梯平臺由于地震作用對框架柱的影響。

　　(3)半層平臺梁剪力增大，可在一定程度降低彎矩。

　　3、施工措施

　　目前在樓梯施工中存在的最大問題就是施工縫安設不合理;對施工縫的處理不能滿足相關規范要求;在一些梯板施工縫中存在夾渣問題。

　　根據混凝土施工和驗收規范，施工縫應該垂直于梯板，但是在施工過程中往往沒有做到。

　　要解決此類問題，施工管理方必須加大監管力度，務必根據相關規范和要求執行。

　　對于施工縫的留設位置，最好留在樓層平臺板中。

　　對于梯板來說平臺板是四邊支承板，安全儲備更大，從這個角度來看，個人認為把施工縫留在平臺板上會更加安全可靠。

　　結語

　　在傳統板式樓梯設計中，只考慮恒載和可變荷載，而忽略了地震作用。

　　另外，梯段板采用分離式配筋時，抗震性能達不到理想標準。

　　所以，在設計計算時，應充分考慮地震作用對樓梯的影響。

　　設計樓梯時必須加強抗震構造措施。

　　梯段板負筋應該拉通，形成雙層雙向鋼筋網。

　　只有通過合理計算加上相應的構造措施作為保障，當地震發生時，樓梯間才能真正成為生命的疏散通道。

　　參考文獻：

　　[1] 王威.框架結構板式樓梯的震害分析與對策研究[J].建筑結構，2009(11).

　　[2] 劉春梅.板式樓梯抗震分析及設計建議[J].科技信息，2010(35).

　　[3] 張瑜中等.汶川地震中框架樓梯典型震害分析與有限元計算[J].工程抗震與加固改造，2010(04).

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