关于钢筋混凝土楼梯设计的综述及建议

2012-10-27吴波，代杰

四川建筑 2012年1期

关键词：梯段斜板板式

吴波，代杰

(1.成都市建工科学研究设计院，四川成都610051;2.四川山鼎建筑工程设计咨询有限公司，四川成都610021)

楼梯是多高层房屋建筑的竖向通道及重要组成部分，钢筋混凝土楼梯由于经济耐用以及良好的耐火性能被广泛采用，成为目前房屋建筑中最常见的一种楼梯形式。

1 钢筋混凝土楼梯结构的形式及种类

1.1 楼梯结构的形式及分类

楼梯的平面位置及几何尺寸等是由建筑设计决定的，但楼梯的结构形式应由结构设计确定。楼梯结构形式按施工方法可分为整体式和装配式;按结构受力状态可分为梁式、板式、剪刀式和螺旋式等楼梯形式，前两种属于平面结构体系，后两种属于空间结构体系。梁式楼梯和板式楼梯是目前最常见的楼梯型式;在宾馆等一些公共建筑也采用一些特种楼梯，如螺旋楼梯、悬挑板式楼梯以及剪刀式楼梯。

1.2 梁式楼梯

梁式楼梯是由踏步板、梯段斜梁、平台板和平台梁组成，见图1。踏步板支承于两侧斜梁上，梯段斜梁支承于上、下平台梁上，梯段斜梁设置于踏步板的下面。平台板支承于平台梁和墙体上，平台梁一般支承于楼梯间两侧的承重墙上。当梯段水平方向跨度大于3.0～3.3 m时，采用梁式楼梯较为经济，但支模较为复杂。

图1 梁式楼梯

1.3 板式楼梯

板式楼梯是由梯段板、平台板和平台梁组成，见图2。梯段板是一块带踏步的斜板，斜板支承于上、下平台梁上，最下层的梯段板可支承在地梁或基础上。平台板、平台梁支撑和梁式楼梯相同。板式楼梯其优点是梯段板下表面平整，支模简单;其缺点是梯段板跨度较大时，斜板厚度较大，结构材料用量较多。因此梯段板水平方向跨度小于3.0～3.3 m时，宜采用板式楼梯。

图2 板式楼梯

1.4 螺旋式和剪刀式楼梯

螺旋式和剪刀式楼梯，建筑造型新颖美观，常设置于公共建筑大厅中，见图3、图4。但它为空间结构体系，受力状态复杂，设计与施工均较困难，造价较高。

图3 剪刀式楼梯

图4 螺旋式楼梯

2 梁、板式楼梯的设计方法

目前钢筋混凝土楼梯，无论梁式或板式，都按简支梁或简支板思路进行设计，即将斜梁，平台梁按简支梁计算，平台板按单向板或是双向板计算，梯段板按简支板计算，其荷载都只考虑恒载与活载，均没有考虑地震作用。

2.1 梁式楼梯的设计

梁式楼梯设计包括踏步板、斜梁、平台板和平台梁的计算与构造。

2.1.1 踏步板

梁式楼梯的梯段踏步板是由斜板和三角形踏步组成，如图5。踏步几何尺寸由建筑设计确定。斜板厚度一般取t=30～50 mm。

从梯段板中取一个踏步板作为计算单元，踏步板为梯形截面，计算时截面高度近似取其平均值，如图5(a)。踏步板近似认为是支承于斜梁上的简支板。作用于踏步板上的荷载有恒荷载和活荷载，按简支板计算跨中弯矩，如图5(b)。其配筋数量按单筋矩形进行计算。

(a)计算截面 (b)计算简图图5 梯段踏步板计算截面及简图

2.1.2 梯段斜梁

梯段斜梁不做刚度验算时，斜梁高度通常取h=(1/10～1/14)l0，l0为梯段斜梁水平方向的计算跨度。

梯段斜梁两端支承在平台梁上，进行内力分析时，其简化为斜向简支梁，斜梁内力可化为水平方向简支梁进行计算，其计算跨度按斜梁斜向跨度的水平投影长度取值，计算简图如图6。

图6 楼梯斜梁计算简图

斜向梁板截面上尚有压或拉(视支座情况决定)轴向力作用，一般情况下在设计中不予考虑。

梯段斜梁截面计算高度应取垂直斜梁轴线的最小高度。斜梁可按倒L形截面进行计算，截面翼缘仅考虑踏步下的斜板部分。

梯段斜梁中的纵向受力钢筋及箍筋数量按跨中截面弯矩值及支座截面剪力值确定。考虑到平台梁、板对斜梁两端的约束作用，斜梁端上部应按构造设置抵抗负弯矩的钢筋(数量不应小于跨中截面纵向受力筋截面面积的1/4)，且在支座处的锚固长度应满足受拉钢筋锚固长度的要求，如图7。

图7 梯段斜梁的配筋构造

2.1.3 平台板、梁

梁式楼梯平台板一边支承于平台梁，一边或三边支承于楼梯间墙体上，可按单向或双向板进行内力与配筋计算，并满足相应的构造要求。

平台梁两端一般支承于楼梯间侧承重墙上。平台梁承受梁自重、抹灰荷载、平台板传来的均布荷载，以及梯段斜梁传来的集中荷载。一般按简支梁计算其内力及配筋。

2.2 板式楼梯的设计

板式楼梯设计包括梯段板、平台板和平台梁的计算与构造。

2.2.1 梯段板

梯段板是由斜板和踏步组成。梯段斜板不做刚度验算时，斜板厚度通常取h=(1/25～1/35)l0，l0为梯段斜梁水平方向的计算跨度。梯段斜板和平台梁、板为一个整体结构，为简化计算，通常将梯段斜板和平台板分开计算，但在计算及构造上要考虑他们相互间的整体作用。

梯段斜板(包括折线形板)支承于平台梁上，通常将板带简化为斜向简支板，一般取1 m宽斜向板作为结构及荷载计算单元，斜板内力同样可化为水平方向简支板进行计算，与梁式楼梯类似。

对于板式楼梯，斜板由于跨高比(l0/h)比较大，一般不必进行受剪承载力验算。

梯段斜板配筋方案可采用弯起式或分离式，一般多采用分离式配筋方案，如图8。

图8 板式楼梯斜板配筋方案

2.2.2 平台板、梁

板式楼梯平台板内力计算与配筋基本上同梁式楼梯。

3 对考虑地震作用的钢筋混凝土楼梯的设计建议

3.1 楼梯结构抵抗地震作用

笔者分析了在地震作用下楼梯结构之受力状态与不考虑地震作用时楼梯结构内力之不同。目的是要找出在现行的施工工艺下，规范所推荐的楼梯结构计算方法是否合理。然而在分析过程中，却发现其并不很合理。因此结合本文前面的分析部分，给出了以下一些建议。

(1)因考虑与不考虑地震作用对楼梯结构来讲差别较大，所以建议设计人员在进行楼梯结构设计时考虑地震作用。

(2)楼梯柱本身是短柱，因此应确保其抗剪强度和变形能力，防止过早地发生剪切破坏，应沿全高加密箍筋。

(3)在地震作用下，梯段板的轴力和剪力较大，在进行梯段板设计时要特别注意配筋并且其负筋应拉通，形成双层双向钢筋配置。

对于板式楼梯施工接缝，施工接缝处底部受力钢筋可在局部加强，并严格控制施工质量，施工交界面应清除表面浮浆和泥沙，混凝土交界面应凿毛处理。同时，在梯段板转角处，应采取构造措施进行局部加强，防止梯段板在此处破坏。

(4)平台梁和楼梯斜梁，在地震作用下，其轴力很大。在对其进行设计时应引起注意。

3.2 楼梯结构不抵抗地震作用

从结构整体受力角度来看，如果楼梯参与抵抗水平地震作用，受力是很复杂的，而楼梯构件对于保证人民生命安全又极为重要，因此其结构的安全要求和构造措施(抗震等级)宜比主体结构有所提高。这些矛盾使得设计者要考虑楼梯在地震作用下的构件承载力验算，楼梯构件的受力十分不利，所以在这种情况下，如果按照传统设计方法势必极大增加构件截面尺寸和配筋面积，而这反过来又导致楼梯间的局部刚度增大，从而在水平地震作用下分配到更大的地震力。

因此，很多人讨论，是否能够改变传统的施工方法，使得楼梯跟规范计算所假定的条件一致。

北京市建筑设计研究院的胡庆昌总工提出:框架结构中楼梯为了避免形成支撑，可采用滑动连接，楼梯段的上端节点为铰接，下端节点为滑动支承(图9)。框架结构楼梯间首层外门两侧宜设构造柱以固定门框。