劉 靜,楊學(xué)彬,王爾其

(成都美廈建筑設(shè)計(jì)有限公司,四川 成都 610081)

1 樓梯在地震中的震害及討論

在地震發(fā)生時(shí),樓梯往往被看成是人們逃生的通道,但在 2008年“5·12”汶川大地震發(fā)生時(shí),由于設(shè)計(jì)和施工問題,有些建筑物只是整體上輕微受損,但是樓梯受損比較嚴(yán)重,甚至出現(xiàn)倒塌;一些逃生者因此喪失了生命。

第 14屆世界地震工程大會(huì)汶川地震專場(chǎng)討論中,中國建筑工程學(xué)院工程抗震研究所原所長(zhǎng)王亞勇指出,經(jīng)過實(shí)地震害調(diào)查發(fā)現(xiàn),樓梯間抗震性能不合格的現(xiàn)象表現(xiàn)得較為突出。震后筆者跟隨成都市抗震鑒定組對(duì)都江堰災(zāi)后房屋進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn),砌體結(jié)構(gòu)樓梯間四角,梯梁下無構(gòu)造柱等情況相當(dāng)普遍,樓梯構(gòu)造柱鋼筋壓屈現(xiàn)象嚴(yán)重(如:都江堰岷江電力宿舍);部份框架結(jié)構(gòu)梯板剪斷,框架柱箍筋外露,整個(gè)樓梯壓碎(如:都江堰水電十局醫(yī)院)。

為此,許多專家認(rèn)為樓梯在嚴(yán)格按照規(guī)范的前提下,考慮一定的概念設(shè)計(jì)是有必要的。所謂概念設(shè)計(jì),一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,尤其在一些難以作出精確分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系,結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理,震害試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制,以力求消除薄弱環(huán)節(jié),從概念上解決結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2 樓梯概念設(shè)計(jì)的理論分析

樓梯是樓層間的垂直交通樞紐,是樓房的重要構(gòu)件。樓梯在建筑物中是一個(gè)空間結(jié)構(gòu),各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作。這種復(fù)雜的、非彈性性質(zhì)的結(jié)構(gòu)受材料的時(shí)效、阻尼變化等多種因素影響,在實(shí)際計(jì)算中存在著不準(zhǔn)確性。故在建筑抗震理論遠(yuǎn)未達(dá)到很科學(xué)嚴(yán)密的情況下,單靠理論計(jì)算很難使樓梯具有良好的抗震能力,因而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中多了許多概念、假定與簡(jiǎn)化。即樓梯不宜放在建筑物的角部和邊部,以便于荷載的傳遞,同時(shí)也可減少水平地震力作用下空間扭轉(zhuǎn)作用的影響。實(shí)際上踏步和平臺(tái)梁是整體連接,計(jì)算時(shí)需要在支座處加構(gòu)造負(fù)筋;以往在建筑工程中負(fù)筋一端勾進(jìn)樓梯梁,另一端伸進(jìn)樓梯板四分之一的踏步板跨度。但通過實(shí)際工程震害發(fā)現(xiàn),在梯板四分之一處梯板斷裂或梯板混凝土剝落。因此筆者建議將梯板負(fù)鋼筋拉通配置,并且負(fù)筋伸入梯板內(nèi)長(zhǎng)度L≥LaE。此外,樓梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹桿效應(yīng),將產(chǎn)生較大的拉壓力。樓梯板以往設(shè)計(jì)時(shí)只考慮豎向力時(shí)的受彎構(gòu)件,轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄瓑簭潯睒?gòu)件,加強(qiáng)了樓梯處的局部抗側(cè)剛度;但結(jié)構(gòu)剛度越大,地震作用效應(yīng)越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,反而又使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。這樣硬對(duì)硬的措施不僅增加造價(jià)成本同時(shí)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下的建筑市場(chǎng)不相符合。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須與建筑使用、人的安全性、經(jīng)濟(jì)性等多種社會(huì)性質(zhì)結(jié)合起來考慮才行。那么我們就不能不反過來想一下,如果能在保證足夠的強(qiáng)度、剛度的情況下,適當(dāng)降低地震作用效應(yīng)這個(gè)問題了。

圖1 樓梯平面

3 樓梯概念設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

圖2 樓梯踏步

樓梯參與整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí),抗側(cè)剛度大,地震力絕大部分都由樓梯梁下面的梯柱和樓梯四周的框架柱承擔(dān),同時(shí)梯梁、梯板與梯柱、框架柱同為現(xiàn)澆,這樣框架柱就很容易形成短柱,再次放大地震效應(yīng),對(duì)樓梯極為不利。為此,筆者將休息平臺(tái)板與框架柱之間分離開,預(yù)留等于或大于 5cm空隙;主體完工后,平臺(tái)用柔性材料進(jìn)行嵌縫,不影響平臺(tái)的正常使用功能;同樣道理梯梁與框架柱之間脫離開,梯梁端部與梯平臺(tái),梯柱澆筑在一起,梯柱離框架柱一定的距離(以建筑的休息平臺(tái)尺寸和結(jié)構(gòu)梯梁實(shí)際位置而定),但現(xiàn)澆板離框架柱距離不宜小于 5cm(見圖1)。這樣在概念上避免了由于梯梁、梯板、框架柱之間由于現(xiàn)澆而產(chǎn)生的短柱。降低了框架柱分擔(dān)的地震剪力,保護(hù)了樓梯的安全。降低地震作用效應(yīng)的另外一個(gè)方法是在底層樓梯踏步處安裝一個(gè)近似消震的裝置及在地梁與踏步交接處放置一層油氈(或者柔性材料),在地梁混凝土澆筑前,將一個(gè) 50mm×100mm的泡沫安放在地梁內(nèi),一排直徑為 8(間距 200)的鋼筋穿過泡沫錨入地梁(見圖 2)。地震來時(shí)梯板滑移,鋼筋屈服,消耗能量。經(jīng)過上述方法處理樓梯后,樓梯變形增加,柔性更大。在水平地震力作用下樓梯參與結(jié)構(gòu)整體受力變小,樓梯更安全,結(jié)構(gòu)更合理。

[1]03SG 610-1建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖[S]