關于鋼筋混凝土樓梯設計的綜述及建議

吳 波，代 杰

(1.成都市建工科學研究設計院，四川成都610051;2.四川山鼎建筑工程設計咨詢有限公司，四川成都610021)

樓梯是多高層房屋建筑的豎向通道及重要組成部分，鋼筋混凝土樓梯由于經(jīng)濟耐用以及良好的耐火性能被廣泛采用，成為目前房屋建筑中最常見的一種樓梯形式。

1 鋼筋混凝土樓梯結構的形式及種類

1.1 樓梯結構的形式及分類

樓梯的平面位置及幾何尺寸等是由建筑設計決定的，但樓梯的結構形式應由結構設計確定。樓梯結構形式按施工方法可分為整體式和裝配式;按結構受力狀態(tài)可分為梁式、板式、剪刀式和螺旋式等樓梯形式，前兩種屬于平面結構體系，后兩種屬于空間結構體系。梁式樓梯和板式樓梯是目前最常見的樓梯型式;在賓館等一些公共建筑也采用一些特種樓梯，如螺旋樓梯、懸挑板式樓梯以及剪刀式樓梯。

1.2 梁式樓梯

梁式樓梯是由踏步板、梯段斜梁、平臺板和平臺梁組成，見圖1。踏步板支承于兩側斜梁上，梯段斜梁支承于上、下平臺梁上，梯段斜梁設置于踏步板的下面。平臺板支承于平臺梁和墻體上，平臺梁一般支承于樓梯間兩側的承重墻上。當梯段水平方向跨度大于3.0～3.3 m時，采用梁式樓梯較為經(jīng)濟，但支模較為復雜。

圖1 梁式樓梯

1.3 板式樓梯

板式樓梯是由梯段板、平臺板和平臺梁組成，見圖2。梯段板是一塊帶踏步的斜板，斜板支承于上、下平臺梁上，最下層的梯段板可支承在地梁或基礎上。平臺板、平臺梁支撐和梁式樓梯相同。板式樓梯其優(yōu)點是梯段板下表面平整，支模簡單;其缺點是梯段板跨度較大時，斜板厚度較大，結構材料用量較多。因此梯段板水平方向跨度小于3.0～3.3 m時，宜采用板式樓梯。

圖2 板式樓梯

1.4 螺旋式和剪刀式樓梯

螺旋式和剪刀式樓梯，建筑造型新穎美觀，常設置于公共建筑大廳中，見圖3、圖4。但它為空間結構體系，受力狀態(tài)復雜，設計與施工均較困難，造價較高。

圖3 剪刀式樓梯

圖4 螺旋式樓梯

2 梁、板式樓梯的設計方法

目前鋼筋混凝土樓梯，無論梁式或板式，都按簡支梁或簡支板思路進行設計，即將斜梁，平臺梁按簡支梁計算，平臺板按單向板或是雙向板計算，梯段板按簡支板計算，其荷載都只考慮恒載與活載，均沒有考慮地震作用。

2.1 梁式樓梯的設計

梁式樓梯設計包括踏步板、斜梁、平臺板和平臺梁的計算與構造。

2.1.1 踏步板

梁式樓梯的梯段踏步板是由斜板和三角形踏步組成，如圖5。踏步幾何尺寸由建筑設計確定。斜板厚度一般取t=30～50 mm。

從梯段板中取一個踏步板作為計算單元，踏步板為梯形截面，計算時截面高度近似取其平均值，如圖5(a)。踏步板近似認為是支承于斜梁上的簡支板。作用于踏步板上的荷載有恒荷載和活荷載，按簡支板計算跨中彎矩，如圖5(b)。其配筋數(shù)量按單筋矩形進行計算。

(a)計算截面 (b)計算簡圖圖5 梯段踏步板計算截面及簡圖

2.1.2 梯段斜梁

梯段斜梁不做剛度驗算時，斜梁高度通常取h=(1/10～1/14)l0，l0為梯段斜梁水平方向的計算跨度。

梯段斜梁兩端支承在平臺梁上，進行內(nèi)力分析時，其簡化為斜向簡支梁，斜梁內(nèi)力可化為水平方向簡支梁進行計算，其計算跨度按斜梁斜向跨度的水平投影長度取值，計算簡圖如圖6。

圖6 樓梯斜梁計算簡圖

斜向梁板截面上尚有壓或拉(視支座情況決定)軸向力作用，一般情況下在設計中不予考慮。

梯段斜梁截面計算高度應取垂直斜梁軸線的最小高度。斜梁可按倒L形截面進行計算，截面翼緣僅考慮踏步下的斜板部分。

梯段斜梁中的縱向受力鋼筋及箍筋數(shù)量按跨中截面彎矩值及支座截面剪力值確定。考慮到平臺梁、板對斜梁兩端的約束作用，斜梁端上部應按構造設置抵抗負彎矩的鋼筋(數(shù)量不應小于跨中截面縱向受力筋截面面積的1/4)，且在支座處的錨固長度應滿足受拉鋼筋錨固長度的要求，如圖7。

圖7 梯段斜梁的配筋構造

2.1.3 平臺板、梁

梁式樓梯平臺板一邊支承于平臺梁，一邊或三邊支承于樓梯間墻體上，可按單向或雙向板進行內(nèi)力與配筋計算，并滿足相應的構造要求。

平臺梁兩端一般支承于樓梯間側承重墻上。平臺梁承受梁自重、抹灰荷載、平臺板傳來的均布荷載，以及梯段斜梁傳來的集中荷載。一般按簡支梁計算其內(nèi)力及配筋。

2.2 板式樓梯的設計

板式樓梯設計包括梯段板、平臺板和平臺梁的計算與構造。

2.2.1 梯段板

梯段板是由斜板和踏步組成。梯段斜板不做剛度驗算時，斜板厚度通常取h=(1/25～1/35)l0，l0為梯段斜梁水平方向的計算跨度。梯段斜板和平臺梁、板為一個整體結構，為簡化計算，通常將梯段斜板和平臺板分開計算，但在計算及構造上要考慮他們相互間的整體作用。

梯段斜板(包括折線形板)支承于平臺梁上，通常將板帶簡化為斜向簡支板，一般取1 m寬斜向板作為結構及荷載計算單元，斜板內(nèi)力同樣可化為水平方向簡支板進行計算，與梁式樓梯類似。

對于板式樓梯，斜板由于跨高比(l0/h)比較大，一般不必進行受剪承載力驗算。

梯段斜板配筋方案可采用彎起式或分離式，一般多采用分離式配筋方案，如圖8。

圖8 板式樓梯斜板配筋方案

2.2.2 平臺板、梁

板式樓梯平臺板內(nèi)力計算與配筋基本上同梁式樓梯。

3 對考慮地震作用的鋼筋混凝土樓梯的設計建議

3.1 樓梯結構抵抗地震作用

筆者分析了在地震作用下樓梯結構之受力狀態(tài)與不考慮地震作用時樓梯結構內(nèi)力之不同。目的是要找出在現(xiàn)行的施工工藝下，規(guī)范所推薦的樓梯結構計算方法是否合理。然而在分析過程中，卻發(fā)現(xiàn)其并不很合理。因此結合本文前面的分析部分，給出了以下一些建議。

(1)因考慮與不考慮地震作用對樓梯結構來講差別較大，所以建議設計人員在進行樓梯結構設計時考慮地震作用。

(2)樓梯柱本身是短柱，因此應確保其抗剪強度和變形能力，防止過早地發(fā)生剪切破壞，應沿全高加密箍筋。

(3)在地震作用下，梯段板的軸力和剪力較大，在進行梯段板設計時要特別注意配筋并且其負筋應拉通，形成雙層雙向鋼筋配置。

對于板式樓梯施工接縫，施工接縫處底部受力鋼筋可在局部加強，并嚴格控制施工質(zhì)量，施工交界面應清除表面浮漿和泥沙，混凝土交界面應鑿毛處理。同時，在梯段板轉角處，應采取構造措施進行局部加強，防止梯段板在此處破壞。

(4)平臺梁和樓梯斜梁，在地震作用下，其軸力很大。在對其進行設計時應引起注意。

3.2 樓梯結構不抵抗地震作用

從結構整體受力角度來看，如果樓梯參與抵抗水平地震作用，受力是很復雜的，而樓梯構件對于保證人民生命安全又極為重要，因此其結構的安全要求和構造措施(抗震等級)宜比主體結構有所提高。這些矛盾使得設計者要考慮樓梯在地震作用下的構件承載力驗算，樓梯構件的受力十分不利，所以在這種情況下，如果按照傳統(tǒng)設計方法勢必極大增加構件截面尺寸和配筋面積，而這反過來又導致樓梯間的局部剛度增大，從而在水平地震作用下分配到更大的地震力。

因此，很多人討論，是否能夠改變傳統(tǒng)的施工方法，使得樓梯跟規(guī)范計算所假定的條件一致。

北京市建筑設計研究院的胡慶昌總工提出:框架結構中樓梯為了避免形成支撐，可采用滑動連接，樓梯段的上端節(jié)點為鉸接，下端節(jié)點為滑動支承(圖9)?？蚣芙Y構樓梯間首層外門兩側宜設構造柱以固定門框。

圖9 樓梯的構造措施

采用圖9所示的構造措施后，樓梯的設計就仍然可以采用《混凝土結構設計規(guī)范》所推薦的方法，而不必再考慮地震作用了。

4 結束語

本文對目前鋼筋混凝土樓梯的形式及種類進行了歸納，對應用較廣的板式及梁式樓梯的常用設計方法進行了總結，最后對考慮地震作用的鋼筋混凝土梁板式樓梯提出了設計建議。由于篇幅所限，本文沒有列出考慮地震作用下樓梯受力狀態(tài)的具體內(nèi)容。

［1］沈蒲生，梁興文.混凝土結構設計(第二版)［M］.高等教育出版社，2005

［2］東南大學，同濟大學，天津大學.混凝土結構(中冊)，混凝土結構與砌體結構設計(第三版)［M］.中國建筑工業(yè)出版社，2005

［3］朱彥鵬，田穩(wěn)苓，馬成松.混凝土結構設計［M］.同濟大學出版社，2004:257－260

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