框架结构楼梯的震害分析与设计对策

王皓

【摘要】本文主要探讨了框架结构楼体的震害问题，针对楼梯震害深入剖析，从而提出了一些比较可行的预防震害的设计对策，以期可以为今后框架结构楼体的设计提供参考。

【关键词】框架结构；楼体；震害；设计

一、前言

框架结构的楼体容易受到地震灾害的侵袭，只有做好结构抗震设计，才能够最大程度降低地震所带来的灾害，保证框架结构楼体结构的抗震效果，提升建筑的质量。

二、板式楼梯概述

板式楼梯作为目前建筑工程项目中最为常见的一种竖向通道，在各类建筑物中都极为常见。虽然在现代化社会发展中，电梯日趋普及，但是传统的板式楼梯仍然在众多新兴建筑结构中以安全、方便的优势占据着重要的地位。

1、板式楼梯概念

板式楼梯是将楼梯作为板来进行考虑的。是将板的两端置放在休息平台的边梁上，而休息平台支撑在墙体之上的一种楼梯结构。这种楼梯结构是目前建筑工程领域中最为常见的一种，极为常见的结构主要有三跑楼梯、单跑楼梯、双跑楼梯等。它在应用中具备着受力简单、施工方便的优势。

2、板式楼梯的应用

板式楼梯作为当前建筑工程领域中最为常见的竖向交通通道，在各类建筑中得到了极为广泛的使用。在结构分析中，这种楼梯通常都是按照受弯构件进行分析的，在受力弯件分析中，这些楼梯不仅表现出良好的工作性能，同时更是存在着方便、快捷以及安全性高的特点。

三、框架结构楼梯的震害破坏形式

楼梯在地震作用中受到破坏是以为普遍的，现阶段，我国楼梯施工多为现浇混凝土制造，结合实际案例和以往震害资料，我们可以将现浇楼梯在框架结构中的建筑物在受到地震作用下的受破坏形式划分以下几种：

1、楼梯的平台梁受到破坏：包括楼梯转接出的平台梁，楼梯上下梯段相交处的平台梁各处梁体在地震作用下发生剪切、剪扭、弯曲变形等破坏。

2、现浇楼梯踏步板破坏：在地震的作用下，踏步板中预加的钢筋和踏步板的混凝土界面发生破坏，使得内部钢筋被拉断或者发生弯曲变形；或者由于楼梯的剪切变形，使得钢筋脱离出预制混凝土踏板；或者在预制混凝土踏步板和砌筑墙体连接的接缝出踏步板会从中滑落进而影响到整个框架结构。

3、楼梯柱破坏：像旋转形楼梯等，旋转中心的楼梯柱会随着楼梯混凝土踏步板的破坏而破坏；还有就是楼间构造角柱的端部发生剪切破坏。

4、平台预制板的破坏：和平台梁紧挨的平台预制板也是容易破损的结构，它主要是楼梯上下端头部分发生剪切破坏等。

四、框架结构楼梯抗震设计要点

1、采用适当的平立面

如何对一个工程项目实施建筑布局与结构布置？这通常与建筑物的平立面直接相关。有数据表明，简单、规则的框架结构楼梯其抗震能力普遍较强。这是因为复杂式框架结构楼梯在地震发生时内部构件的强度与刚度形不成一致规律，导致结构扭转非常明显。因此，在对框架结构楼梯的设计中务必加强措施，尽可能遵循建筑物的均匀对称原则，避免采用不规则的建筑方案，从总体上降低框架结构楼梯的刚度偏心率，并准确无误地计算出相关的地震反应数据，这有利于在必要的情况下采取抗震措施和细分处理措施，保障在地震作用下，受力有明确、直接的传递途径。

2、选择有利场地

在梯段板实际配筋计算时，梯段板按单向板力学模型进行配筋计算，上部负筋通常按照跨复杂性，首先需要通过概念抗震设计来间接实现“大震不倒”，楼梯的抗震概念设计与计算设计同等重要。由于施工场地的地质环境不同，建筑结构在地震中的反应也是不尽相同的。因此，在有选择的情况下，选择一块有利于抗震的场地开展施工，很大程度上可以减轻地震所造成的损害。在选择建筑场地之前，首先根据建筑场地的地质状况及建筑结构的需求，分析出哪些是有利地段，哪些是不利地段，无论何时都不要在危险地段上进行建设，以免造成不必要的人员伤亡与财物损失。

3、保证结构的延性

所谓的结构的延性，就是在承载力没有明显减小的情况下，结构所能产生非弹性变形的能力，其很大程度上体现了结构的变形能力。有必要说明的是：在地震作用下，结构的延性直接影响着框架结构楼梯能否在灾难中屹立不倒，所以结构的延性在某些意义上等同于结构的强度，二者都是建筑抗震设计中所要考虑的重要指标。那么怎么样在地震作用下使框架结构楼梯的钢筋混凝土展现出结构的延性呢？这应该尽量地将塑性变形集中作用于延性较好的构件上。良好的延性对建筑结构的作用无疑是肯定的，一方面它能有效地降低地震作用对框架结构楼梯的影响，另一方面还能吸收地震能量，防止建筑结构的倒塌。

4、增强建筑物的整体性

框架结构楼梯作为许多细节构件连接而成的整体，是一个具备空间刚度的结构体系，其能否承受地震惊人的破坏力量，全看各构件间能不能实现协调工作、有机地形成一个整体。所以说，框架结构楼梯的整体性能不但是建筑抗震的首要条件，还是框架结构楼梯抗震设计中的重点内容。一般来说，钢筋混凝土现浇楼梯板和楼梯的整体性能好，在适当位置布设构造柱，并配置相应的构造钢筋，不但能够消除滑移、散落等问题，加强楼梯板的刚度值，还能适当放宽对框架结构楼梯的平面要求，对于框架结构楼梯的层间变形，也非常容易控制。

五、框架结构楼梯部分加强措施

在目前的建筑结构设计中，楼梯构件并没有参与主体框架设计，也没有考虑楼梯对主体结构的影响。通过对楼梯的框架结构模型的分析，我们可知考虑楼梯与不考虑楼梯对框架主体结构影响很大。下面对框架结构楼梯部分的加强措施有：

1.主体结构计算时考虑梯板参与工作，按计算结果加大配筋

由于楼梯的存在使得在楼梯间附近的框架构件的内力增大，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。建议在采用普通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。

2.切断梯板与框架柱的联系，在框架梁上做独立小柱支撑楼梯板

上个方法是采用合适的断面与配筋来抵抗地震作用；另外还可以采用“放”，即将半层平台与柱的联系切断，在框架梁靠近框架柱的部位另设独立小柱来支撑梯板。楼梯间相邻构件出现的变化如下。

（1）Z2柱与楼梯半层平台相连，横向剪力突增，是樓梯平台和柱无连接的3倍多；横向弯矩增大较多。由此可见，断开楼梯平台和框架柱的连接，能有效减少楼梯平台对框架柱的地震影响。

（2）半层平台梁剪力增大较多，弯矩有所减小。

（3）梯板轴力增大较多。不论是否切断楼梯平台梁和柱的连接，梯板都承受了较大的轴力。今后在梯板设计中，应按拉弯构件设计，梯板负筋应全部拉通，而不能按现行构造手册所示的负筋长度按l/4板跨截断。

3.改进现有楼梯构造，按楼梯的实际受力状态配筋

目前梯板的设计不论是教科书还是设计中经常参考的混凝土结构构造手册，梯板配筋均采用单向板的配筋方式，在水平地震作用下，梯板将承担较大的轴力，而梯板施工图中却基本未反映这种效应，导致梯板大量产生受拉破坏，所以梯板的配筋方式应使负筋完全贯通以承担梯板中实际存在的轴力。由于梯板的斜撑作用导致楼梯平台梁受到平面外的剪力，产生平面外弯矩。此部分目前在设计中也未加考虑，所以平台梁设计时应如实考虑平面内和平面外的弯矩及剪力。按双向受弯构件并按框架梁的要求进行设计。楼梯平台板也应加强构造。采用双层双向配筋来近似考虑梯板的斜撑作用。

参考文献

[1]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，2013，43（10）

[2]刘小虎.框架结构中楼梯的抗侧刚度分析[J].工业建筑，2014，39：334-337