框架结构板式楼梯抗震设计探讨

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框架结构板式楼梯抗震设计探讨　　摘要：框架结构中的楼梯设计，既关系到建筑使用者的生命财产安全，又与建设单位的经济利益紧密相连。特别是楼梯的抗震设计，其重要性不言而喻。文章简述了板式楼梯的概念和建模方法，分析了框架结构中板式楼梯的破坏形态及成因，探讨了板式楼梯抗震设计要点及施工措施。关键词：板式楼梯；PKPM建模；抗震设计；施工措施　　　　引言　　框架结构是目前最常用的建筑结构形式，而板式楼梯是框架结构中最常用的楼梯形式，据此逻辑可以证明：关于框架结构中板式楼梯的设计方法和抗震性能研究，具有普遍性和极强的代表性。众所周知，当建筑遭受地震等外界巨大作用力时，板式楼梯是极易受到破坏的。楼梯一旦被破坏，人们在地震时唯一的逃生通道就没有了，这给人员逃生和震后救援带来了极大的难度。为此，必须要重视起建筑结构中板式楼梯的抗震设计。　　一、板式楼梯的概念与设计建模　　楼梯作为房屋建筑工程里最常见的竖向通道，其结构形式主要分为板式楼梯和梁式楼梯。其中板式楼梯以其受力简单，施工方便的优势，广泛应用于各类建筑中。单跑楼梯、双跑楼梯、三跑楼梯等都可采用板式楼梯。　　1、板式楼梯的概念 　　板式楼梯由混凝土直接浇注而成，是将楼梯作为一块板考虑，板的两端支承在休息平台的边梁上，休息平台支承在墙上。　　2、板式楼梯设计建模解析　　在利用PKPM建模时，模型中加入楼梯的目的是模拟楼梯对建筑整体刚度的影响。如果不输入楼梯，在模型里只需要建梯柱，在结构楼面布置信息中把楼梯处板的板厚设置为0，在楼面荷载传导计算中，按具体情况输入楼梯的恒荷载和活荷载。但这样输入，实际上跳开了把楼梯板模拟为扁梁压在楼梯梁上形成集中荷载的过程，而把板荷载以线荷载的形式压在楼梯梁上。关于在模拟的扁梁上加线荷载还是加单向板荷载，区别就在于一个形成集中荷载，一个形成线荷载。至于开洞还是设置板厚为0，对于按照刚性考虑的整体周期基本没有影响，唯一有影响的是楼梯梁。　　如此，以上两种做法均是可行的。只是，按照在模拟楼梯板的扁梁上加线荷载的做法，对扭矩影响过大，相比还是按照加单向板荷载考虑更合理。需要注意的是，楼梯有踏步，且有刚度。在输入模拟楼梯板的扁梁时，应比单独计算楼梯时的楼梯板厚度更大，且考虑踏步荷载，而不能只输入面荷载和活载。　　二、框架结构板式楼梯的破坏原因分析 　　框架结构板式楼梯在地震作用下发生破坏的主要原因是抗震构造不足以抵抗地震剪力。框架结构板式楼梯的破坏形态主要有以下几种：　　1、梯间小柱破坏　　从结构抗震性的角度考虑，在设计楼梯过程中，最好不要用砖砌体作为楼梯平台梁的支撑。现在最常用的做法是在钢筋混凝土框架梁上设小柱，小柱顶在两个方向设梁。由于受到建筑平面的约束，梯间小柱截面一般为200mm×200mm或250mm×250mm，纵筋配螺纹14或16。在地震发生时，楼梯间小柱大部分破损都出现在柱头，也有梯梁纵筋被拔出的现象。出现这种破坏的原因是：柱截面过小，梯横梁钢筋在柱内的锚固长度不能满足最小锚固要求；在梁柱节点位置，混凝土浇筑施工难度大，导致质量差，强度低；设计时没有充分考虑地震时该柱实际存在的地震弯矩，以至钢筋混凝土柱的强度不足等。　　2、梯板破坏 　　楼梯梯板的破坏大多是梯板受到外界作用力而发生断裂。其断裂的部位一般都在距离支座的1/3处、施工缝处、装修层以及沿梯板长度方向等部位。导致梯板破坏的原因除了地震的强大外力作用以外，还有在建筑施工中，对梯板的施工缝留置不够合理恰当，或者施工缝中存在较多夹渣，使得新旧混凝土结合性较差，使其在外力作用下极易发生断裂。除此之外，对楼梯进行配筋设计时没有充分考虑到梯板的抗震性，因而布置钢筋时忽视了其所能承受的最大拉力，也很容易引起梯板断裂。　　3、楼梯平台板和平台梁的破坏　　到目前为止，我们大多是按照受弯计算的方法对建筑楼梯平台梁以及平台板进行设计。这样一来，楼梯平台梁板在使用的过程中受到较小推力时，能够保证安全使用。但是一旦遭受地震作用，楼梯梁板受到较大轴力，而且楼梯平台梁板结构宽度多在200～250mm之间，这样就使得平面梁板的抗弯和抗剪能力减弱，从而导致在发生地震时楼板和平台梁板结构受到比较严重的破坏。　　4、梯间框架柱剪切破坏　　目前，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框架柱净高的一半。假定楼板为刚性，其分得的地震剪力约为其他框架柱的8倍，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位置的框架柱的地震作用大得多，以致地震区中大量的楼梯间框架柱发生严重的剪切破坏。　　5、楼梯间填充墙破坏 　　因为梯板斜向放置，梯间小柱将楼梯间填充墙分割成几片零碎墙体，另外梯间小柱没有伸至上层梁底，填充墙构造措施不满足要求等几个原因，导致楼梯间填充墙比其他地方墙体破坏更为严重，在地震时可能造成更多的人员伤亡和损失。　　三、框架结构板式楼梯抗震设计要点及施工措施　　1、对于主体结构计算要考虑梯板参与工作，根据计算结果增大配筋　　参考楼梯梯板的斜撑之后，结构的整体性能出现了非常大的变化，特别是梯板和楼梯半层平台相连的框架柱，它的受力将出现非常大的变化，设计时当选用恰当的软件，精准研究楼梯的受力状况。　　2、切断梯板和框架柱的联系，在框架梁上做独立小柱支撑楼梯板　　切断半层平台和柱的联系，在框架梁距框架柱近的地方另设单独的小柱来支撑梯板。楼梯间相近构件产生的变化如下面所说：　　由于梯板斜撑的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。 　　楼梯柱和楼梯半层平台连接，比楼梯平台与柱无连接时的横向剪力增大几倍甚至还要多；横向弯矩变大。由此可见，切断楼梯平台与框架柱的连接，可以在一定范围内降低楼梯平台由于地震作用对框架柱的影响。　　半层平台梁剪力增大，可在一定程度降低弯矩。　　3、施工措施　　目前在楼梯施工中存在的最大问题就是施工缝安设不合理；对施工缝的处理不能满足相关规范要求；在一些梯板施工缝中存在夹渣问题。根据混凝土施工和验收规范，施工缝应该垂直于梯板，但是在施工过程中往往没有做到。要解决此类问题，施工管理方必须加大监管力度，务必根据相关规范和要求执行。对于施工缝的留设位置，最好留在楼层平台板中。对于梯板来说平台板是四边支承板，安全储备更大，从这个角度来看，个人认为把施工缝留在平台板上会更加安全可靠。　　　　结语　　在传统板式楼梯设计中，只考虑恒载和可变荷载，而忽略了地震作用。另外，梯段板采用分离式配筋时，抗震性能达不到理想标准。所以，在设计计算时，应充分考虑地震作用对楼梯的影响。设计楼梯时必须加强抗震构造措施。梯段板负筋应该拉通，形成双层双向钢筋网。只有通过合理计算加上相应的构造措施作为保障，当地震发生时，楼梯间才能真正成为生命的疏散通道。　　参考文献：　　[1] 王威.框架结构板式楼梯的震害分析与对策研究[J].建筑结构，XX.　　[2]刘春梅.板式楼梯抗震分析及设计建议[J].科技信息，XX.　　[3]张瑜中等.汶川地震中框架楼梯典型震害分析与有限元计算[J].工程抗震与加固改造，XX.