建筑框架結構樓梯部分加強措施分析

楊紅璽 張相奎

摘 要：建筑工程框架結構施工中，樓梯是樓層間的垂直交通樞紐，是樓房的重要構件。樓梯在建筑物中是一個空間結構，各種構件以相當復雜的方式共同工作。本文對樓梯構件部分本身的設計現狀、震害進行分析，提出相應的對策，以便在工程中采取必要的設計措施，更有效地提高樓梯的防震減災能力，最大限度地避免人員的災難性傷亡。

關鍵詞：框架結構；樓梯部分；加強措施

現在的建筑都是以高層建筑為主，高層建筑在為人們帶來諸多好處的同時，也常常受到質量的困擾，尤其在樓梯部位，總會有樓梯斷裂以及梯梁被剪短的問題出現，這些都是工程質量沒達到規定標準所致的。框架機構樓梯是最為常見的結構，在建筑工程施工中得到了廣泛的使用。在結構分析中這種樓梯通常僅按受彎構件進行分析，在建筑物的正常使用過程中，這些樓梯也表現出較好的工作性能。下面來分析下樓梯設計的現狀及震害破壞問題。

1 框架結構樓梯部分設計現狀及震害破壞

目前框架結構中，采用板式樓梯設計的居多。樓梯梯段的一端起于樓面構件，而另一端支承于層間平臺的邊梁上。若干個構造小柱支承起的層間平臺。則南現澆樓板和周邊小梁組成。構造小柱則起于樓面梁。止于層間平臺。梁、板均按普通受彎構件。小柱則按普通軸壓構件計算或構造，有時疏于計算而引用手冊、圖集或用截面表示。樓梯圍護墻按常規框架填充墻設計和施工。目前板式樓梯破壞的形態及原因分析如下：

1.1 梯板破壞

梯板破壞主要表現為梯板斷裂，斷裂部位可歸納為幾種情況：在距兩端支座約113處斷裂；在樓梯施工縫處斷裂；沿梯板長度方向破裂；梯板的裝修面層破壞等。產生此類破壞的原因是：（1）施工縫處理不當，施工縫中大量夾渣，新澆的混凝土和原有混凝土結合面強度極差，在地震作用尤其是豎向地震作用下產生上下錯動。（2）樓梯按斜桿分析，在斜桿中點以上的范圍存在拉力。實際配筋時，梯板的負筋長度通常按水平跨度的1/4來布置鋼筋，在正常使用時，由于拉力較小，并未發現問題，而地震時，尤其在豎向地震左右下，梯板的拉力大幅度增加，結果造成梯板上側負彎矩筋截斷附近發生斷裂。

1.2 梯間小柱破壞

目前一般做法是在鋼筋混凝土框架梁設小柱，小柱頂兩個方向設梁。在地震中樓梯間小柱大量出現柱頭破損，梯梁縱筋被拔出的情況。出現此類破壞的原因是：1）柱截面過小，梯橫梁在柱內的錨固長度不能滿足規范規定的最低要求；2）節點混凝土澆筑質量差，強度低；3）未考慮地震時該柱實際存在的地震彎矩，柱的強度不足等。

1.3 梯間框架柱剪切破壞

現有板式樓梯在半層處平臺通過平臺梁和平臺板與框架柱相連，與其他位置框架柱相比，樓梯間框架柱凈高約為其他位置的一半，在樓板剛性假定的前提下，其分得的地震剪力約為其他柱的8倍左右，即便考慮樓梯平臺的一部分位移。樓梯間的框架柱分得的地震作用也比其他柱大得多。這就導致了地震區中大量的樓梯間框架柱發生嚴重的剪切破壞。

1.4 樓梯平臺板和平臺梁的破壞

目前樓梯平臺梁和平臺板一般均按受彎計算。在正常使用狀態下，梯板推力很小，梁板均能安全正常的工作；而在地震作用下（尤其在大震時），梯板的軸力很大，對平臺梁而言，梯板的推力使平臺梁平面外受彎、受剪。而平臺梁寬度一般很小，大多在200～250mm之間，平面外抗彎及抗剪能力極低，所以在重災區，包括中等烈度區都有大量的樓梯在平臺處發生破壞。

1.5 樓梯間填充墻破壞

由于梯板斜向放置，梯間小柱將樓梯間填充墻分割得很零碎且梯間小柱未伸至上層梁底，填充墻構造措施不到位等多方面原因。導致樓梯間填充墻較房屋其他處的破壞大很多，在地震時造成大量人員傷亡。要避免樓梯間填充墻的倒塌。需要大幅度提高填充墻的延性，設計中應做到以下幾個方面：1）保持砌體的完整性，避免梯板嵌入墻內造成用大量碎磚填縫的情況發生；2）梯間小柱應延伸至上層梁底，和梁底的連接采用構造柱和框架梁的連接方式；3）增設通長水平鋼筋混凝土腰帶。

2 框架結構樓梯部分加強措施

在目前的建筑結構設計中，樓梯構件并沒有參與主體框架設計，也沒有考慮樓梯對主體結構的影響。通過對樓梯的框架結構模型的分析，我們可知考慮樓梯與不考慮樓梯對框架主體結構影響很大。下面對框架結構樓梯部分的加強措施有：

2.1 主體結構計算時考慮梯板參與工作，按計算結果加大配筋

由于樓梯的存在使得在樓梯間附近的框架構件的內力增大，在地震作用下增大更明顯，而其對遠離樓梯間的框架構件內力的影響很小。建議在采用普通結構設計軟件計算分析的基礎上，適當放大與樓梯構件直接相連的框架梁柱的配筋。

2.2 切斷梯板與框架柱的聯系，在框架梁上做獨立小柱支撐樓梯板

上個方法是采用合適的斷面與配筋來抵抗地震作用；另外還可以采用“放”，即將半層平臺與柱的聯系切斷，在框架梁靠近框架柱的部位另設獨立小柱來支撐梯板。樓梯間相鄰構件出現的變化如下。

1）Z2柱與樓梯半層平臺相連，橫向剪力突增，是樓梯平臺和柱無連接的3倍多；橫向彎矩增大較多。由此可見，斷開樓梯平臺和框架柱的連接，能有效減少樓梯平臺對框架柱的地震影響。

2）半層平臺梁剪力增大較多，彎矩有所減小。

3）梯板軸力增大較多。不論是否切斷樓梯平臺梁和柱的連接，梯板都承受了較大的軸力。今后在梯板設計中，應按拉彎構件設計，梯板負筋應全部拉通，而不能按現行構造手冊所示的負筋長度按l/4板跨截斷。

2.3 改進現有樓梯構造，按樓梯的實際受力狀態配筋

目前梯板的設計不論是教科書還是設計中經常參考的混凝土結構構造手冊，梯板配筋均采用單向板的配筋方式，在水平地震作用下，梯板將承擔較大的軸力，而梯板施工圖中卻基本未反映這種效應，導致梯板大量產生受拉破壞，所以梯板的配筋方式應使負筋完全貫通以承擔梯板中實際存在的軸力。由于梯板的斜撐作用導致樓梯平臺梁受到平面外的剪力，產生平面外彎矩。此部分目前在設計中也未加考慮，所以平臺梁設計時應如實考慮平面內和平面外的彎矩及剪力。

2.4 樓梯的休息平臺板應采用雙面雙向配筋

休息平臺處梯梁的設計宜遵循框架梁的設計原則，休息平臺板應采用雙面雙向配筋。梯段板應該按照偏心受拉構件對其進行計算分析，其鋼筋負筋應該拉通，形成雙層雙向鋼筋配置。另外，通過對梯段板在地震作用下的受力性能分析可知，底層梯段板所受軸力很大，致使其所需配筋量很大，需要配置較大直徑的鋼筋。對此，建議將下部幾層所受軸力比較大、所需配筋量較大的梯段板，在其中間部位斷開，將其設置為懸挑形式（一般只需對結構下部幾層采用此方法即可），例如我們將底層按此方法處理，這樣可以避免梯段板因板頂底水平位移差過大而被拉斷的情況發生，可以避免樓梯的支撐效應。采用此方法時應適當增加相應層休息平臺梯梁箍筋的鋼筋用量，以滿足其承載力要求。

3 結語

綜上所述，在框架結構的樓梯間處，樓梯能起斜撐作用，這可以增加主體結構的剛度，因此剛性的樓梯井必須同水平隔板或樓蓋板很好的連成整體，因為剛性樓梯井可能與房屋其他部分反應不同，從而引較大的相對運動。當鋼筋混凝土樓梯與框架有可靠連接時，樓梯對結構的剛度、承載力及耗能能力的影響是明顯的。因此，要做好框架結構樓梯部分加強措施，以應對突發的地震等自然災害的發生。

參考文獻

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