钢筋混凝土框架结构楼梯的震害分析及设计建议

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1、钢筋混凝土框架结构楼梯的震害分析及设计建议　　摘要：楼梯是重要的紧急逃生竖向通道，它的完整性对人员的安全异常重要；然而在汶川地震中，钢筋混凝土框架结构的楼梯构件破坏非常严重。本文通过汶川震害分析，提出楼梯构件的具体计算方法和相应的抗震构造措施，以期望能有效地解决楼梯构件在地震中的安全问题，为以后的结构和楼梯设计提供借鉴。　　关键词：混凝土楼梯；震害分析；整体分析；隔离层　　中图分类号：TU2文献标识码：A　　１前言　　当发生地震和火灾时，楼梯是重要的紧急逃生竖向通道。楼梯的破坏会延误人员的撤离及救援工

2、作，从而导致严重伤亡。为了保证楼梯的正常工作，不仅要保证楼梯结构的整体性能，还应避免楼梯受一些非结构部件脱落的堵塞。然而，从汶川地震的震害分析可知，我国现有混凝土结构的楼梯震害较严重，楼梯结构设计尚需改进。　　２汶川楼梯震害　　汶川地震造成大量楼梯破坏，其中框架结构的楼梯破坏最为严重，甚至造成楼梯板断裂而使得逃生通道被切断框架结构楼梯震害严重的原因：框架抗侧刚度小，而楼梯板类似斜撑，使楼梯间抗侧刚度大，地震剪力也大；楼梯结构复杂，传力途径也复杂。楼梯震害主要有以下几方面：　　１）上下梯段板交叉处梯梁和

3、梯梁支座剪扭破坏。当剪扭力很大时，梯梁剪扭破坏会延伸到休息平台板内。如为板式楼梯无梯梁时，则休息平台板在剪扭作用下被撕坏。　　２）梯板受拉破坏或拉断。在水平地震作用下，斜向梯板具有斜撑受力特点，即受反复拉压力作用，在梯板施工缝薄弱部位和梯板与框架梁相交的不利受力位置易产生拉裂破坏，甚至拉断，失去逃生通道功能。拉力传至休息平台，也会使梯梁与休息平台之间拉裂。　　３）休息平台处短柱破坏。楼梯休息平台处的框架柱和梯柱的剪跨比通常小于其他部位的框架　　柱，成为整个结构中的短柱，地震剪力相对较大，容易发生破坏。

4、　　３楼梯震害分析　　楼梯对框架结构的整体影响　　以８层两侧有两楼梯间的两单元住宅楼为算例，比较两种情况：有梯梁梯柱和无梯梁梯柱时楼梯对框架结构的整体影响，有梯梁梯柱时楼梯形成一个更复杂的支撑体系。１、２由表１和表２可以看出，有无梯梁梯柱的楼梯对结构的整体影响不同，但都较大；有梯梁梯柱时，楼梯对框架结构的整体影响更大。　　３.2楼梯对相连部件的影响　　仍以上述８层框架为例进行分析。　　１）楼梯对结构角柱的影响：楼梯对多高层结构的底层角柱影响较大，通过计算对比，角柱的轴力增加１.1４～２.５倍，柱配筋增

5、加40％左右。　　２）楼梯对梯柱的影响：经研究表明，７度和７度以上时梯柱最大拉力与地震作用的大小有较大的关系。实际工程中７度时梯柱最大拉力也有达到200KN，７度和７度以上时梯柱应按最大拉力配筋。　　３）楼梯对梯梁的影响：在地震作用下，考虑楼梯参与整体结构工作后，梯梁在梯板的拉压力作用下承受了双向剪力，与通常不考虑楼梯参与整体结构工作的计算方法相比，梯梁中剪力值增加近３倍，且剪力分布也发生显著改变。上下梯板交接处的梯梁中部和梯梁支座处均承受很大的剪力，极易发生剪扭破坏。同时在７度和７度以上地区，梯梁剪

6、力和扭矩随地震作用增大而增大，地震引起的剪扭起控制作用。因此，７度和７度以上时梯梁须考虑抗震计算和设计。　　４）楼梯对梯板的影响：在地震作用下，楼梯实际参与了主体结构工作，梯板具有类似斜撑的作用，地震下受到很大的拉压轴力，尤其是底部几层。以通过有限元对梯板的分析可知：梯板的拉、压应力为ＭＰa，远大于楼层楼板的拉、压应力ＭＰａ左右的范围，且随着地震作用增加，地震引起的拉应力起控制作用，梯板构造钢筋抵抗不了拉、压应力。因此，７度和７度以上时，梯板须按平均拉应力计算板钢筋，按恒活载计算的钢筋可能不够。　　５

7、）弹塑性分析表明，考虑楼梯参与整体结构受力后，结构的屈服机制为：梯板受拉屈服→梯梁在上下梯板之间位置受剪破坏→梯柱屈服→与楼梯相连的框架柱屈服→框架柱丧失承载能力。而且，楼梯成为整个结构首先破坏的部位，作为逃生通道的楼梯是不允许先行破坏的。因此，有必要采取其他措施，保证楼梯作为逃生通道的安全性。　　４减少地震力作用下楼梯受力的设计建议　　由以上考虑楼梯参与整体结构共同工作后的结构抗震分析可知，楼梯和楼梯间框架柱的内力比不考虑楼梯参与整体结构共同工作分析方法所得到的内力显著增大，这一方面使得楼梯的设计难

8、度增大，另一方面楼梯间会成为地震中首先发生破坏的部位。与此同时，框架部分的内力将会比不考虑楼梯参与整体结构共同工作分析方法所得到的内力有所减小，这又会使得框架部分的抗震安全性比以往不考虑楼梯参与整体结构共同工作的设计结果有所降低。为解决这个两难问题，减轻楼梯震害，确保楼梯在地震中安全与通畅，可采用以下两种方法。　　１）抗的方法。在楼梯间采取增大主体结构侧向刚度的措施，如增加剪力墙，这样可以使得楼梯间的地震力主要由剪力墙承担，使得楼梯构件的受力降低，再采取