框架结构楼梯部分加强措施

框架结构楼梯部分加强措施

李海娇

天津乾元极建筑工程有限公司

摘要：钢筋混凝土框架结构是应用广泛的一种结构形式。框架结构中，楼梯是楼层间的垂直交通枢纽，是楼房的重要构件。楼梯在建筑物中是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作。以往的结构设计中．一般不考虑楼梯间对结构整体抗震性能的影响，也不考虑楼梯构件的地震反应，从而导致楼梯构件过早破坏且破坏严重。本文对楼梯构件部分本身的设计现状、震害进行分析，提出相应的对策，以便在工程中采取必要的设计措施，更有效地提高楼梯的防震减灾能力，最大限度地避免人员的灾难性伤亡。

    关键词：框架结构；楼梯部分；加强措施；

引言：

框架结构楼梯作为最常见的竖向交通通道。在各类建筑中得到了广泛使用。在结构分析中这种楼梯通常仅按受弯构件进行分析，在建筑物的正常使用过程中，这些楼梯也表现出较好的工作性能。汶川地震中，楼梯出现了各种类型的破坏，作为建筑物逃生的主要通道，在很多建筑中表现为比建筑本身的破坏更严重，下面来分析下楼梯设计的现状及震害破坏问题。
1、框架结构楼梯部分设计现状及震害破坏
  目前框架结构中，采用板式楼梯设计的居多。楼梯梯段的一端起于楼面构件，而另一端支承于层间平台的边梁上。若干个构造小柱支承起的层间平台。则南现浇楼板和周边小梁组成。构造小柱则起于楼面梁。止于层间平台。梁、板均按普通受弯构件。小柱则按普通轴压构件计算或构造，有时疏于计算而引用手册、图集或用截面表示。楼梯围护墙按常规框架填充墙设计和施工。
  目前板式楼梯破坏的形态及原因分析如下：
  1.1、梯板破坏
  梯板破坏主要表现为梯板断裂，断裂部位可归纳为几种情况：在距两端支座约113处断裂；在楼梯施工缝处断裂；沿梯板长度方向破裂；梯板的装修面层破坏等。产生此类破坏的原因是：

1.1.1、施工缝处理不当，施工缝中大量夹渣，新浇的混凝土和原有混凝土结合面强度极差，在地震作用尤其是竖向地震作用下产生上下错动。

1.1.2、楼梯按斜杆分析，在斜杆中点以上的范围存在拉力。实际配筋时，梯板的负筋长度通常按水平跨度的1／4来布置钢筋，在正常使用时，由于拉力较小，并未发现问题，而地震时，尤其在竖向地震左右下，梯板的拉力大幅度增加，结果造成梯板上侧负弯矩筋截断附近发生断裂。
  1.2、梯间小柱破坏
  目前一般做法是在钢筋混凝土框架梁设小柱，小柱顶两个方向设梁。在地震中楼梯间小柱大量出现柱头破损，梯梁纵筋被拔出的情况。出现此类破坏的原因是：

  1.2.1柱截面过小，梯横梁在柱内的锚固长度不能

满足规范规定的最低要求。

1.2.2、节点混凝土浇筑质量差，强度低。

1.2.3、未考虑地震时该柱实际存在的地震弯矩，柱的强度不足等。
  1.3、梯间框架柱剪切破坏
  现有板式楼梯在半层处平台通过平台梁和平台板与框架柱相连，与其他位置框架柱相比，楼梯间框架柱净高约为其他位置的一半，在楼板刚性假定的前提下，其分得的地震剪力约为其他柱的8倍左右，即便考虑楼梯平台的一部分位移。楼梯间的框架柱分得的地震作用也比其他柱大得多。这就导致了地震区中大量的楼梯间框架柱发生严重的剪切破坏。
  1.4、楼梯平台板和平台梁的破坏
  目前楼梯平台梁和平台板一般均按受弯计算。在正常使用状态下，梯板推力很小，梁板均能安全正常的工作；而在地震作用下(尤其在大震时)，梯板的轴力很大，对平台梁而言，梯板的推力使平台梁平面外受弯、受剪。而平台梁宽度一般很小,大多在200～250mm之间，平面外抗弯及抗剪能力极低，所以在重灾区，包括中等烈度区都有大量的楼梯在平台处发生破坏。
  1.5、楼梯间填充墙破坏
  由于梯板斜向放置，梯间小柱将楼梯间填充墙分割得很零碎且梯间小柱未伸至上层梁底，填充墙构造措施不到位等多方面原因。导致楼梯间填充墙较房屋其他处的破坏大很多，在地震时造成大量人员伤亡。要避免楼梯间填充墙的倒塌。需要大幅度提高填充墙的延性，设计中应做到以下几个方面：

1.5.1、保持砌体的完整性，避免梯板嵌入墙内造成用大量碎砖填缝的情况发生。

1.5.2、梯间小柱应延伸至上层梁底，和梁底的连接采用构造柱和框架梁的连接方式。

1.5.3、增设通长水平钢筋混凝土腰带。
2、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：
  2.1、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。
  2.2、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。

  2.2.1、z2柱与楼梯半层平台相连，横向剪力突增，是楼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。
  2.2.2、半层平台梁剪力增大较多，弯矩有所减小。
  2.2.3、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。
  2.3、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。
  2.4、楼梯的休息平台板应采用双面双向配筋
  休息平台处梯梁的设计宜遵循框架梁的设计原则，休息平台板应采用双面双向配筋。梯段板应该按照偏心受拉构件对其进行计算分析，其钢筋负筋应该拉通，形成双层双向钢筋配置。另外，通过对梯段板在地震作用下的受力性能分析可知，底层梯段板所受轴力很大，致使其所需配筋量很大，需要配置较大直径的钢筋。对此，建议将下部几层所受轴力比较大、所需配筋量较大的梯段板，在其中间部位断开，将其设置为悬挑形式(一般只需对结构下部几层采用此方法即可)，例如我们将底层按此方法处理，这样可以避免梯段板因板顶底水平位移差过大而被拉断的情况发生，可以避免楼梯的支撑效应。采用此方法时应适当增加相应层休息平台梯梁箍筋的钢筋用量，以满足其承载力要求。
3、结束语
  钢筋混凝土框架结构体系由钢筋混凝土纵粱、横粱和柱等构件所组成，钢筋混凝土框架结构房屋建筑平面布置灵活，易于满足建筑物布置大空闻的要求，在工业与民用建筑中得到广泛的应用。在框架结构的楼梯间处，楼梯能起斜撑作用，这可以增加主体结构的刚度，因此刚性的楼梯井必须同水平隔板或楼盖板很好的连成整体，因为刚性楼梯井可能与房屋其他部分反应不同，从而引较大的相对运动。当钢筋混凝土楼梯与框架有可靠连接时，楼梯对结构的刚度、承载力及耗能能力的影响是明显的。因此，要做好框架结构楼梯部分加强措施，以应对突发的地震等自然灾害的发生。

参考文献：

[1]楼梯间抗震设计简析[J]. 郭顺民.陕西水利,2010(03)

[2]结构楼梯间与楼梯的震害分析及设计建议[J]. 武俊杰;梁伟杰.山西建筑,2010(07)