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摘要：針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中樓梯設(shè)計(jì)的問(wèn)題進(jìn)行探討，從規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)理念出發(fā)，對(duì)各種結(jié)構(gòu)形式下樓梯計(jì)算的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)樓梯設(shè)計(jì)的一些建議。...

淺談樓梯設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震的影響

西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院

薛斌

    樓梯作為重要的疏散工具，它的重要性我們每個(gè)人都深有體會(huì)，在抗震防災(zāi)中更是起著舉足重輕的作用。從歷次大地震損壞的房屋來(lái)看，其中一個(gè)關(guān)注點(diǎn)是樓梯構(gòu)件的破壞，影響了逃生通道安全，造成人員傷亡。因此，建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)樓梯設(shè)計(jì)的重要性。根據(jù)2008年汶川地震震害的相關(guān)報(bào)告，樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)安全以及疏散時(shí)人身安全的意義非常重大。因而，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，我們有必要認(rèn)真研讀規(guī)范的有關(guān)要求，結(jié)合目前常用軟件的實(shí)際使用情況，認(rèn)真對(duì)待抗震設(shè)計(jì)時(shí)的樓梯設(shè)計(jì)。

1、現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定

    《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）第3.6.6條明確提出：計(jì)算模型的建立、必要的簡(jiǎn)化計(jì)算與處理，應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，計(jì)算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響。

    《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）第6.1.8條針對(duì)框架-抗震墻結(jié)構(gòu)和板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻設(shè)置，提出宜符合下列要求：樓梯間宜設(shè)置抗震墻，但不宜造成較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

    《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）第6.1.15條對(duì)樓梯設(shè)計(jì)做了具體規(guī)定：（1） 宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓梯。（2）對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，樓梯間的布置不應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)平面特別不規(guī)則；樓梯構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)整體現(xiàn)澆時(shí)，應(yīng)計(jì)入樓梯構(gòu)件對(duì)地震作用及其效應(yīng)的影響，應(yīng)進(jìn)行樓梯構(gòu)件抗震承載力驗(yàn)算；宜采取構(gòu)造措施，減少樓梯構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度的影響。（3） 樓梯間兩側(cè)填充墻與柱之間應(yīng)加強(qiáng)拉結(jié)。

    《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）第13.3.4條針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的砌體填充墻，提出應(yīng)符合下列要求：樓梯間和人流通道的圍護(hù)墻，尚應(yīng)采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強(qiáng)。  

    《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）中相關(guān)條款：第6.1.4、6.1.5、8.1.7條提出了與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）基本相同的要求，而6.1.5條第4款針對(duì)樓梯間的砌體填充墻作了更為細(xì)致的要求：樓梯間采用砌體填充墻時(shí)，應(yīng)設(shè)置間距不大于層高且不大于4m的鋼筋混凝土構(gòu)造柱，并應(yīng)采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強(qiáng)。

    以上涉及到的兩本規(guī)范都是2008汶川大地震以后逐步修訂的，規(guī)范修訂的一個(gè)重點(diǎn)就是針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，而從以上關(guān)于樓梯設(shè)計(jì)的條文可以看出，建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)樓梯設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)受到設(shè)計(jì)師們的高度重視。

2、樓梯與結(jié)構(gòu)主體的關(guān)系

    地震中樓梯的梯板具有斜撐的受力狀態(tài)，由于梯板傳力，豎向構(gòu)件往往會(huì)出現(xiàn)短柱或錯(cuò)層。

    理論研究及一些震害調(diào)查表明，樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響大小，宏觀上主要取決于樓梯與主體結(jié)構(gòu)的相對(duì)剛度比。如抗震墻結(jié)構(gòu)，框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)主體的抗側(cè)剛度相對(duì)樓梯間較大，樓梯對(duì)主體影響就很小，有時(shí)可以忽略不計(jì)； 而當(dāng)采用框架結(jié)構(gòu)，裝配式結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，樓梯對(duì)其主體的影響就不容小視了，在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)基本是處于彈性工作狀態(tài)，剛度尚未退化，樓梯剛度在主體結(jié)構(gòu)中依舊可以認(rèn)為不大，而在超烈度及罕遇地震的時(shí)候，結(jié)構(gòu)一般進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，墻體開(kāi)裂，剛度驟然降低，現(xiàn)澆梯板可視為剛性樓板，斜撐的受力狀態(tài)明顯，從而導(dǎo)致樓梯梯板拉裂或樓梯間豎向構(gòu)件破壞，失去疏散功能，甚至主體坍塌。

    國(guó)家規(guī)范明確提出，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析時(shí)，應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響。規(guī)范允許根據(jù)不同的具體結(jié)構(gòu)，判斷樓梯構(gòu)件對(duì)整體的可能影響很大或不大，然后區(qū)別對(duì)待，并不要求一律參與整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算，但樓梯構(gòu)件自身應(yīng)計(jì)算抗震。現(xiàn)行規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓梯間抗震設(shè)計(jì)的基本要求可歸納為：1）是否參與整體抗震計(jì)算，視情況而定；2）樓梯構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)計(jì)算；加強(qiáng)樓梯間填充墻與主體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)。

    由于地震動(dòng)的不確定性、地震的破壞作用、結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理的復(fù)雜性，以及結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的各種假定與實(shí)際情況的差異，迄今為止，依據(jù)所規(guī)定的地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算，結(jié)果還是一種比較粗略的估計(jì)。然而，從工程的震害看，這樣的抗震驗(yàn)算是有成效的。

3、一些措施和建議

    考慮樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施:

    1）采用下圖兩種做法，a休息平臺(tái)與主體結(jié)構(gòu)抗側(cè)構(gòu)件脫開(kāi)；b在梯板底端設(shè)滑動(dòng)支座，兩種做法釋放主體抗側(cè)構(gòu)件對(duì)樓梯梯板的約束，減小樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。如下圖：

    2）對(duì)框架結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)注意考慮樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響和主體結(jié)構(gòu)對(duì)樓梯的影響，采用包絡(luò)設(shè)計(jì)的方法。基于現(xiàn)行規(guī)范，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)則性判斷和位移計(jì)算時(shí)，可不計(jì)樓梯的影響。而構(gòu)件設(shè)計(jì)則需要考慮樓梯的作用，按計(jì)入和不計(jì)入樓梯分兩種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    3）對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度很大，整體性較好的結(jié)構(gòu)，如抗震墻結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)等，一般不考慮樓梯的影響，不過(guò)在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)重視樓梯間周?chē)�的豎向構(gòu)件，類似于電梯井，盡量使抗震墻位置合理，這樣，既可以使樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響減小，同時(shí)也保護(hù)了樓梯構(gòu)件。

    4）對(duì)抗震建筑中的樓梯設(shè)計(jì)應(yīng)該把握以下兩點(diǎn)：一，樓梯結(jié)構(gòu)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的抗震能力影響很大，樓梯的梯板作為傳遞水平地震左右的重要構(gòu)件，往往對(duì)主體結(jié)構(gòu)的墻柱產(chǎn)生重大的影響，使得結(jié)構(gòu)柱變成短柱或錯(cuò)層柱，因此，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)予以充分的重視；二，樓梯的梯板與普通的樓板一樣傳遞水平地震作用，需對(duì)梯板予以適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)。

4、結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述，不管是對(duì)規(guī)范理解出發(fā)，還是結(jié)合工程實(shí)際，樓梯設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震的影響應(yīng)當(dāng)被廣大設(shè)計(jì)師高度重視。目前來(lái)看，各種軟件的樓梯參與建筑抗震計(jì)算情況并不夠理想，不能過(guò)分依賴。設(shè)計(jì)可在比較合理的基礎(chǔ)上利用計(jì)算軟件，不拘泥于細(xì)節(jié)，不追求過(guò)高的計(jì)算精度，強(qiáng)調(diào)按概念設(shè)計(jì)進(jìn)行各種調(diào)整。讓樓梯參與建筑抗震計(jì)算和加強(qiáng)抗震措施，使得樓梯對(duì)建筑抗震的影響降到最低，從而讓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為合理。

參考文獻(xiàn)：

1.《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社

2.《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社

3.《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析》.中國(guó)建筑工業(yè)出版社

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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