框架结构楼梯间设计建议

宋 亮

(上海鼎胜建筑工程管理设计有限公司，上海 200333)

汶川地震中大量框架结构和框剪结构框架部分中的楼梯遭到较为严重的破坏，与楼梯相连的框架柱也有损坏。因此，《新抗规》6.1.15条提出:对于框架结构，楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则;楼梯与主体结构现浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响，应进行楼梯构件的抗震承载力验算;宜采取构造措施，减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。

1 工程实例计算及分析对比

本工程为哈尔滨松北红星美凯龙世博家居广场，采用5层框架模型，抗震设防烈度为6度第一组，设计基本地震加速度为0.05g，场地类别为Ⅱ类，乙类建筑，框架抗震等级为二级，计算振型个数为15，地震影响系数最大值为0.04 s。地下两层，层高分别为3.9 m，5.5 m，地上5层，1 层层高5.5 m，2 层 ～4 层5.2 m，5层8.5 m，基本为 8.4 m ×8.5 m 的柱网，柱子截面为 0.8 m ×0.8 m 及0.7 m ×0.7 m，梁截面 X 方向为 0.3 m ×0.7 m，Y 方向为0.35 m×0.8 m，楼梯大多分布在角上或是边上，如图1所示。

图1 世博家居广场结构示意图

本工程采用SATWE(结构空间有限元分析软件)分析，对于计入和不计入楼梯的情况作如下比较分析。由表1可知，无楼梯的情况下周期比较大，而建入楼梯后，周期减小，尤其是顺梯方向，平动周期减小了18.20%，而扭转周期减小了20.43%，这是由于框架结构楼梯构件与主体整浇时，楼板起到斜支撑的作用，而这个斜撑是单向性的。说明楼梯对于整体刚度是有贡献的。

表1 自振周期对比表

表2 结构侧向位移

表2显示，没有楼梯的情况下，位移角大，而有楼梯的情况下位移角减小，说明建入楼梯后刚度增大。而从位移比计算结果可以看出，无楼梯的情况下，位移比小于1.2，建入楼梯后，位移比超过了1.2，属于平面不规则，这是由于建入楼梯后，楼梯间位置抗侧刚度增大，而楼梯间又是非均匀布置，使得结构刚心和质心不对称，造成结构的扭转效应增大。说明楼梯间的平面布置对结构刚度的影响很大。通过表3可以看出，建入楼梯后，结构的地震剪力增大，尤其是Y向，增大了约13%，这是因为楼梯参与整体建模后，使得结构自振周期减小，刚度增大，地震中将吸收更多的地震能，因此，最大地震作用力就会增大。

表3 层剪力(地震作用下) kN

2 设计建议

楼梯参与整体建模后，结构的自振周期减小，最大水平位移和层间位移减小，刚度增大，最大地震反应力增大。因此，结构抗震设计时，如果楼梯与结构整体现浇，就不能忽略框架结构中楼梯的作用。但是，由于SATWE目前的楼梯参与计算情况不够理想，不能过分依赖，因此适当的通过一些措施，使楼梯间更合理化地去满足抗震要求。国家建筑标准设计图集(11G101-2)2.2.6条中提出，对参与抗震的楼梯，板厚不宜小于140，采用双层配筋，两侧设置边缘构件，边缘构件的宽度取1.5倍的板厚;边缘构件纵筋数量，当抗震等级为一、二级时不少于6根，当抗震等级为三、四级时不少于4根。纵筋直径为12且不小于楼板纵向受力钢筋的直径;箍筋为Φ6@200。梯梁按双向受弯构件计算，当支撑在梯柱上时，其构造作法按11G101-1中框架梁KL;当支撑在梁上时，其构造作法按11G101-1中非框架梁L。平台板按双层双向配筋。朱炳寅的《建筑结构设计问答及分析》一书中提到，对参与抗震的楼梯，应特别注意设置楼梯形成的框架短柱，柱箍筋除应满足计算要求外，宜按抗震等级提高一级配置;楼梯梁上的小柱，也应按框架柱要求设计，并且应确保柱截面面积不小于300×300，柱最小边长不应小于200，并相应增加另一方向的柱截面长度;与框架柱、楼梯小柱相连的楼梯平台梁应满足框架梁的构造要求。上海市建筑业管理办公室文件关于本市建设工程钢筋混凝土结构楼梯间抗震设计的指导意见中提出:1)梯柱截面不宜小于250 mm×250 mm或200 mm×300 mm;柱截面纵向钢筋:抗震等级为一、二级时不宜少于4d16，三、四级时不宜少于4d14;箍筋应全高加密，间距不大于100，箍筋直径不小于10 mm。2)梯梁高度不宜小于1/10梁跨度，纵筋配置方式宜按双向受弯和受扭构件考虑，沿截面周边布置的间距不宜大于200 mm，箍筋应全长加密。3)楼梯板厚不宜小于d10@150，并具有足够的抗震锚固长度。我认为，由于楼梯的存在使得在楼梯间附近的框架的内力增大，在地震作用下增大更明显，而其对远离楼梯间的框架构件内力的影响很小。因此，建议在采用结构设计软件计算分析的基础上，适当放大与楼梯构件直接相连的框架梁柱的配筋。

事实上，由于考虑到目前的计算软件不能完全真实地反映楼梯间参与抗震的情况，可采取构造措施，将楼梯与整体结构脱离，使楼梯不参与整体结构受力。《新抗规》中也提出:宜采取构造措施，减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。国家建筑标准设计图集(11G101-2)中提出，如采用滑动支座，可以不考虑楼梯参与整体计算，其适用条件为:两梯梁之间的矩形梯板全部由踏步段构成，即踏步段两端均以梯梁为支座，滑动支座直接落在梯梁挑板上。当然采用滑动支座虽然可以忽略楼梯构件的影响，但不等于消除了影响，所以楼梯间还是应该采取相应的加强措施，因此建议楼梯间的框架柱箍筋除应满足计算要求外，宜按抗震等级提高一级配置并全长加密，适当放大与楼梯构件直接相连的框架梁柱的配筋。纵向面筋拉通且不小于最小配筋率，底、面纵筋均具有足够的抗震锚固长度;梯梁加强抗剪抗扭构造，箍筋不小于φ8@150，腰筋不小于N2φ14;梯柱截面不小于墙厚×300，混凝土标号不低于C25，纵筋不小于4φ14，箍筋不小于φ8@100。

综上所述，对于满足图集11G101-2中允许不参与整体计算的楼梯形式要求的，在整体计算时，可以忽略楼梯构件的影响并采取相应的措施，而对于不符合这种情况的，就应该考虑楼梯构件对地震作用及其效应的影响，适当的通过一些措施，使楼梯间更合理化地满足抗震要求。楼梯间大样图见图2。

图2 楼梯间大样图

3 结语

由以上实际工程的整体分析并结合规范，可以看出，对于框架结构，楼梯设计对建筑抗震的影响应当被我们这些设计师高度重视，不管计入或不计入楼梯的影响，都应从实际出发，以概念设计为基础，使得楼梯对于建筑抗震的影响降到最低，从而使建筑结构更为合理。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［2］ 11G101-2，钢筋混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(现浇混凝土板式楼梯)［S］.

［3］ 王 奇，马宝民.钢筋混凝土现浇楼梯对整体结构的影响［J］.建筑结构，2002，32(4):27-29，69.

［4］ 冯 远，吴小宾，李从春，等.现浇楼梯对框架结构的抗震影响分析与设计建议［J］.土木工程学报，2010，43(10):53-62.

［5］ 朱炳寅.建筑结构设计问答及分析［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.