基于抗震對樓梯建筑結構設計的思考

鄭英，黃斌

（1.陜西工業職業技術學院,陜西 咸陽712000；2.中國建筑一局集團?？谕匾恢脴I有限公司,海南 海口570100）

樓梯作為建筑地震逃生的唯一安全通道,在結構設計中有著極其重要的地位。本文針對樓梯設計進行深入的探討，從樓梯在建筑平面位置中的布置、樓梯的抗震構造設計兩個角度，深入分析抗震對樓梯的破壞影響，從地震中不同樓梯的典型的破壞現象入手，分析破壞原因，指出解決辦法。

1 建筑平面設計——樓梯平面位置的設置

在建筑平面設計中,樓梯位置的選擇對樓梯破壞有很大影響。建筑的四個角是距離建筑中心點最遠,慣性矩最大,基于鞭梢效應的考慮，一旦發生地震，建筑四個角破壞也最嚴重。因此，樓梯設計應避開建筑的鞭梢，靠近建筑的質點中心，住宅酒店等剪力墻結構能夠滿足這樣的要求。商場、影劇院等建筑面積較大的建筑、板式建筑等為了滿足防火疏散要求和安全疏散要求，樓梯需要分散布置，樓梯位置需要協調疏散與抗震之間的關系，樓梯至少應設置在第二跨。

建筑設計中，通常將日照較好的一面作為主要用房，日照較差的一面作為輔助房間，北側朝向較差，建筑設計通常考慮作為樓梯間、輔助房間，但是，地震模擬顯示，如果樓梯間都放在北側，將形成南側在地震作用下變形較大，北側為變形較小的不均勻變形；如果將樓梯均勻布置在南北兩側，那么將形成建筑變形均勻的形式，所以，在進行建筑設計時，應綜合考慮建筑抗震與建筑空間利用。

2 建筑樓梯構造設計

在建筑設計中，樓梯根據布置方式和造型的不同，分為單跑樓梯、雙跑樓梯、轉角樓梯、弧線樓梯等，不同形式的樓梯對于建筑有不同的表現形式，塑造出不同設計效果，但是不同形式的樓梯在地震中的破壞形式也各不相同。于是，在樓梯設計過程中，需綜合考慮建筑的造型，結構抗震的破壞，合理使用。下面以雙跑樓梯為例分析破壞形式及樓梯設計的注意事項。

2.1 樓梯間整體嚴重破壞

樓梯作為逃生通道，樓梯間破壞，其破壞程度的嚴重程度大于梯段破壞，因此加強樓梯間的設計非常重要。地震中，樓梯間的破壞情形中有一種建筑主體破壞較少，而樓梯間整體破壞較多的情況。

抗震規范進行建筑抗震驗算時，將建筑主體作為驗算對象，沒有考慮樓梯，這種孤立樓梯的設計模型對于抗震設計有漏洞，因為樓梯作為建筑一部分對于抗震有很大影響，尤其樓梯的抗震驗算是需要考慮樓梯與主體之間的相互作用力。所以，在進行結構設計時，需要考慮樓梯與主體的相互關系。處理措施：樓梯抗震設計要與主體抗震設計同步考慮，在進行配筋、結構驗算時，同時考慮主體與結構。如果是砌體結構，考慮樓梯間與建筑主體的拉結，拉結越牢固，抗震性能越好。

2.2 底層樓梯嚴重破壞

豎向樓梯的設計中，底層的重要性大于其它層，底層承受的作用力也大于其它層，作為逃生的最后一層樓梯，需要在設計中加強底層樓梯的設計。

常規建筑的荷載從上到下逐漸增大，底層荷載最大。由于底層荷載最大，形成地震對于底層樓梯破壞也相對嚴重，且底層作為疏散的最后通道，需要加強抗震設防處理。建筑中底層樓梯嚴重破壞，短柱倒塌引起樓板落地，樓梯無法正常通行,樓梯短柱斷裂，樓梯段板分段斷裂，樓梯不連續，無法通行。

2.3 樓梯柱破壞

樓梯柱破壞形式有三種：樓梯平臺梯柱底部斷裂，引起樓梯垮塌，無法通行；板底混凝土壓碎，局部鋼筋斷裂，平臺板失穩；柱與平臺梁交接位置，混凝土壓碎，鋼筋局部拉斷，平臺板、樓梯板錯位。所以，在地震中樓梯平臺柱不能先于樓梯板破壞，于是需要設計強柱弱板結構形式。因此，在設計中應加強樓梯柱的設計。

為了保證短柱在抗震下的穩定性，考慮在樓梯間附加小柱子。在框架結構增加小柱后，樓梯與主體結構脫離，在水平方向不參與整體結構的共同工作，避免主體結構對樓梯的不利影響，避免主體結構對于樓梯的梯板、梯梁的彎剪破壞；在豎向荷載作用下，樓板上荷載傳到小柱、梯柱和梯梁，附加小柱與原有梯柱把豎向荷載傳給樓梯間框架梁，框架梁發生彎曲變形，因樓梯間跨度小，所以總的豎向荷載較小，樓梯間框架梁完全能夠滿足豎向承載要求及撓曲變形的限制要求。

2.4 樓梯梁破壞

破壞現象：樓梯梁跨中底部、側面混凝土碎裂，鋼筋局部破壞，與梁相近位置板混凝土碎裂，出現板破壞跡象。

破壞原因：樓梯跨度大，采用梁板式樓梯的傳力形式，在常規受力情況下，樓梯梁承受豎向荷載，水平向荷載，地震作用下，由于地震力的多面性，梁承受各個方向的作用力，其中扭轉作用力對于梁的破壞最大，于是形成梁側面，底部破壞現象。

加強措施：加強梁的抗扭破壞，增加構造抗扭鋼筋。尤其以跨中受力最大位置為先。

2.5 樓梯板破壞

2.5.1 破壞情況1分析

破壞現象：樓梯跨中水平裂縫，部分混凝土被擠碎,部分板鋼筋被拉斷。

破壞原因：樓梯跨中是地震中受力較大的位置，由于地震的強大作用力，鋼筋達到屈服應力而出現破壞，受拉區鋼筋被拉斷,混凝土破碎。

加固措施：考慮地震設防烈度的影響，增加底部主要鋼筋的配筋。

2.5.2 破壞情況2分析

破壞現象：樓梯段出現平整水平的縫隙，位置為距離休息平臺1/3～4處，即施工縫。

破壞原因：樓板澆注混凝土時存在施工間歇的施工縫，施工縫雖然做了處理，但是仍然是地震多發部位。加強措施：加強施工縫處理，用高等級的混凝土填縫。

2.5.3 破壞情況3分析

破壞現象：樓板沿著1/3～4處出現三叉形裂縫，鋼筋被拉斷，混凝土出現裂縫，但沒有壓碎現象。

破壞原因：1/3～4處為樓板鋼筋負筋，此處鋼筋有變化，樓板剛度較大，為變化點，形成應力集中。加強措施：樓板配置雙向雙層鋼筋，增加樓板抗震能力。

鑒于以上破壞形式，可知在地震作用下，樓梯的形式越規矩簡單，越能夠抵抗地震的作用力，樓梯的剛度越大，越易于抗震。因此，在樓梯形式選擇時，優先選擇雙跑樓梯，弧形樓梯不易于抗震，在必要使用時候再使用。對存在弧形樓梯、折線型樓梯進行抗震設計需加強設計，多考慮抗震影響。

3 總結

本文從樓梯的布置位置、布置方式和造型上分別考慮了抗震對于樓梯的影響，綜合考慮樓梯平面布置滿足疏散要求應分散開，滿足抗震要求應對角對稱布置；樓梯造型滿足建筑造型要求適宜選用復合建筑要求的各種形式樓梯，弧線形式、折線形式、旋轉樓梯、雙分雙合樓梯等，但是形式曲線的復雜，必將帶來抗震的不利，應加強抗震設計。樓梯構造設計中以雙跑樓梯為例，從樓梯間整體破壞、層樓梯破壞、樓梯柱、樓梯梁及樓梯板幾種狀態進行分析，分別指出破壞原因及解決辦法。