浅析框架结构的楼梯设计

浅析框架结构的楼梯设计

仝丽娟

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摘要：框架结构在地震作用下，楼梯构件对结构主体刚度、抗震性能的影响很大，考虑楼梯的存在与不考虑楼梯的情况进行分析对比，并分析其各自特点及设计中需注意的问题，使得设计最优。

关键词：框架结构；楼梯设计；抗震影响；对比分析

引言

随着经济的发展，建筑物的种类繁多，样式多种多样，但每座建筑物中都会有一种构件--楼梯。楼梯是每座建筑物中重要的疏散工具，发生火灾地震时，楼梯间更成为了重要的生命要道；楼梯间（包括楼梯板）破坏会延误人员撤离及救援工作，从而造成严重伤亡。因此从结构设计的角度考虑，楼梯构件在结构设计中的作用不容忽视。

1楼梯的在不同结构中的作用

楼梯对主体结构的影响，取决于楼梯与主体结构的相对刚度之比。楼梯对主体结构影响的程度取决于主体结构的结构体系，主体结构的刚度越大、整体性越好，楼梯对主体结构的影响越小，比如我们常见的剪力墙结构、框架-剪力墙结构等，而主体结构的刚度越小、整体性越差，楼梯对主体结构的影响就越大，比如框架结构、砌体结构等。

实际工程中，考虑楼梯构件的影响并不要求一律参加整体结构的计算，应针对楼梯与主体结构的不同情况优先考虑采取抗震构造措施。下面就框架结构体系，浅析楼梯的结构设计。

2框架结构中两种楼梯做法的概念阐述

《建筑抗震设计规范》规定，楼梯间应符合下列要求：

1、宜采用现浇钢筋混凝土楼梯。

2、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；楼梯构件与主体结构整浇时，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。

条文说明：发生强烈地震时，对于框架结构，楼梯构件与主体结构整浇时，梯板起到斜支撑的作用，对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大，应参与抗震计算；当采取措施，如梯板滑动支撑于平台板，楼梯构件对结构刚度等的影响较小，是否参与整体抗震计算差别不大。

从条文说明中可以看出，在对框架结构楼梯进行设计时，楼梯可以与主体结构整浇，参与抗震计算，或者可以做成滑动支座楼梯，与主体结构脱开，不参与抗震计算。下面就两种不同做法，进行对比分析。

3整浇楼梯与滑动支座楼梯的分析对比

3.1模型分析

以一简单的框架结构为例，按照两种模型分别计算并进行比较，一种做法：即无楼梯布置，楼梯间处板厚为零，输入平面面荷载（恒荷载：8KN/m2，活荷载：3.5KN/m2），二是将楼梯建入模型进行计算(计算软件PKPM)。

工程概况，设防类度七度（0.15g），第一组，Ⅱ类场地土，层高3.6m，7层，轴网尺寸6.0+2.4+6.0，7.2*5，框架柱截面尺寸600x600mm,框架梁截面为200x600mm,楼面次梁截面为200x500mm,楼板100mm厚。楼面和屋面荷载（恒荷3.5KN/m2，活荷2KN/m2），外围框架梁线荷载10KN/m，其余梁线荷载8KN/m2。

1.设计大指标比较

表中，K表示常规做法模型，LTK表示楼梯参与整体计算的模型经对比可以看出，建入楼梯的模型，由于楼梯刚度的影响，X向位移角减小，Y向位移角增大，使结构出现扭转。

3.2对梯段板进行分析

采用滑动支座楼梯，楼梯没有参与整体计算，梯段板是按照两端铰接单向板纯弯构件计算，且只计算恒荷载+活荷载工况；而楼梯参与整体计算后，楼梯作为斜支撑传递水平力，将产生轴力，此时楼梯板将按拉弯构件计算，此时工况组合为：1.0恒荷载+0.5活荷载+1.3Y向地震力计算；

由此可看出楼梯参与整体计算时的楼梯板配筋要比常规做法计算出来的钢筋面积要大。

4整浇楼梯与滑动支座楼梯设计中需注意的问题

4.1整浇楼梯

在常规做法中，若楼梯没有参与整体计算，则难以准确反映出框架的实际受力情况，忽略楼梯的斜撑作用对结构来说是不安全的，这应值得广大设计人员注意，同时，如果将楼梯参与整体计算，那么需要注意以下几点：

1.调整结构布置，以平衡计入楼梯刚度导致的扭转不规则。

2.楼梯板不应按照常规的纯弯构件来计算，应该计入地震力产生的轴力，按照拉弯构件来计算，这仅仅靠上部添加通长钢筋并按照配筋率确定钢筋面积是不准确地，而应该按照计算结果计算。

3.适当加宽楼梯梁和休息板厚度，以承担梯板斜撑作用传递来的平面外剪力。

4.加强框架柱在半层休息板位置处的节点构造（增大框架柱的箍筋面积，减小箍筋间距，提高框架柱体积配箍率），以防止地震力下的剪切破坏。

4.2滑动支座楼梯

以上几点在具体工程中势必使结构设计变得繁琐复杂，而且导致工程造价的提高。我们可以采用滑动支座楼梯，将楼梯与主体分离开来，那么当地震时梯板就不会对框架产生轴力，楼梯板不具备斜撑效果，避免了楼梯结构对主体结构的不利影响。

5抗震楼梯设计的其他要素

抗震设计时，除考虑楼梯的影响之外，还应加强其他构件的抗震构造措施，以保证整体结构的安全。

（1）楼梯采用现浇或装配整体式钢筋混凝土结构，不应采用装配式楼梯。

（2）楼梯对主体结构的影响及主体结构对楼梯的反作用主要集中在结构的底部，因此应加强楼梯底部的抗震措施，如：明确楼梯梯板的传力途径，加强梯板的配筋，同时应加强与梯板相连的框架柱的抗剪承载力。

（3）应特别注意设置楼梯形成的框架短柱，柱箍筋应满足体积配箍率要求。

（4）结构设计时，常设置用于支承楼梯的梁上小柱，该小柱也应按框架柱要求设计。应确保柱截面不小于300mm×300mm，柱最小边长不应小于200mm，并相应增加另一方向的柱截面长度。

（5）与框架柱、楼梯小柱相连的楼梯平台梁应满足《抗规》对框架梁的构造要求。

结语

楼梯构件与主体结构整浇时，楼梯结构对主体结构的抗震能力影响很大。由文中所举例中可以看出，整浇楼梯比滑动支座楼梯梁、柱的配筋，抗剪箍筋明显增大，楼梯本身的梯梁、梯板、梯柱受荷也增大，不仅计算繁琐，整体结构的造价也增大很多。而使用滑动支座楼梯，楼梯的刚度将不会对主体结构造成影响，在结构平面布置不规则时，也不会增加主体结构的扭转效应，这种构造是减少楼梯对主体结构刚度影响的最好办法。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

[2]《混凝土结构构造手册》（第四版）

[3]《建筑结构设计问答及分析》朱炳寅