張 梅，李 靜

(四川大學(xué)錦江學(xué)院土木工程學(xué)院，四川彭山620860)

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、泥石流、地震等自然災(zāi)害時(shí)，樓梯作為房屋建筑唯一的逃生通道，其安全隱患應(yīng)引起重視。汶川地震以及玉樹地震震害表明，在地震作用下樓梯構(gòu)件受力復(fù)雜(梯梁為彎剪扭構(gòu)件，梯段板為拉彎、壓彎構(gòu)件，梯柱為雙向剪切、壓彎構(gòu)件)，樓梯間在地震中破壞較為嚴(yán)重，致使許多人逃生受阻而死亡，并加速了樓梯間的倒塌。因此樓梯的抗震設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

樓梯的平面位置和幾何尺寸等根據(jù)建筑功能由建筑設(shè)計(jì)決定，樓梯的結(jié)構(gòu)形式由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定。常用樓梯的結(jié)構(gòu)形式按結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)可分為板式、梁式、剪刀式和螺旋式等。鋼筋混凝土板式樓梯因底面平整、外形簡潔、便于支模施工而被廣泛應(yīng)用，因此本文主要研究板式樓梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。板式樓梯主要由梯板(梯段板與平臺(tái)板)、梯梁、梯柱組成。現(xiàn)行規(guī)范及圖集對樓梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只規(guī)定了應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的相互影響，并提出了一些構(gòu)造措施來考慮樓梯抗震，但對樓梯的抗震設(shè)計(jì)沒有提出具體的設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際工程當(dāng)中爭議也比較大，特別是對于RC框架結(jié)構(gòu)中的樓梯。綜上，本文主要介紹RC框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第3.6.6條及第6.1.15條可以得出或推出以下結(jié)論：

(1)樓梯構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，但并不要求一律參加整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算；

(2)對于框架結(jié)構(gòu)，樓梯構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)整澆時(shí)，梯板起到斜支撐的作用，對結(jié)構(gòu)剛度、承載力、規(guī)則性的影響比較大，應(yīng)參與抗震計(jì)算，即計(jì)入樓梯構(gòu)件對地震作用及其效應(yīng)的影響，應(yīng)進(jìn)行樓梯構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算；

(3)宜采取構(gòu)造措施減少樓梯構(gòu)件對主體結(jié)構(gòu)剛度的影響。

汶川地震后，不少專家學(xué)者對框架結(jié)構(gòu)中的樓梯進(jìn)行了大量的研究，提出了梯段板滑動(dòng)支承于休息平臺(tái)板的方式[2-5]。該方法基本可以消除樓梯對整體框架遭受地震作用及其效應(yīng)的影響，這樣整體框架反作用于樓梯構(gòu)件的影響也基本可以忽略。但設(shè)計(jì)應(yīng)注意滿足建筑功能的要求。

樓梯間為主要疏散通道，其結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的抗倒塌能力?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)中樓梯相關(guān)構(gòu)件，包括梯板、梯柱及梯梁等，應(yīng)進(jìn)行必要的構(gòu)造加強(qiáng)：

(1)梯梁及梯柱的抗震等級可與所在的框架結(jié)構(gòu)本身相同，可能出現(xiàn)人員密集時(shí)可以提高一級；

(2)梯梁及梯柱的箍筋應(yīng)全長加密；

(3)梯板應(yīng)雙層雙向配筋，受力方向每層鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.25 %[6]。

2 設(shè)計(jì)方法

板式樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含梯板、梯梁及梯柱的設(shè)計(jì)。當(dāng)樓梯構(gòu)件與框架結(jié)構(gòu)整澆時(shí)，應(yīng)進(jìn)行樓梯構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算，但在工程實(shí)際當(dāng)中很難求出地震作用下樓梯構(gòu)件的內(nèi)力，目前也沒有具體的方法求地震組合下樓梯構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，因此，要進(jìn)行樓梯構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算很難實(shí)現(xiàn)。為了避免求地震組合下樓梯構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，本文建議采用文獻(xiàn)[2]～[5]的方法，即樓梯梯段板滑動(dòng)支承于休息平臺(tái)板，從而可以按非抗震的計(jì)算方法對梯段板、梯梁及梯柱進(jìn)行配筋計(jì)算;按文獻(xiàn)[6]的方法對樓梯構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)造加強(qiáng)，即滿足相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施;再根據(jù)文獻(xiàn)[7]繪制樓梯的結(jié)構(gòu)施工圖。

3 案例

成都地區(qū)某民用建筑采用RC框架結(jié)構(gòu)體系，抗震等級為三級。樓梯采用滑動(dòng)支座，結(jié)構(gòu)平面布置及剖面圖如圖1所示。樓梯間活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5 kN/m2，踏步面層采用瓷磚地面(自重0.55 kN/m2)，樓梯地面做20 mm厚混合砂漿抹灰層，混凝土等級為C25，鋼筋等級為HRB400,對樓梯構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1 樓梯結(jié)構(gòu)平面布置及剖面

分析：

(1)梯段板ATa1。

梯段板板厚為4 800/30=160 mm

梯段板取1 m板寬，按簡支梁進(jìn)行計(jì)算:

gk=8 kN/m,qk=3.5 kN/m

板底最大彎矩設(shè)計(jì)值M=45.3 kN· m

As=1057 mm2>Asmin=0.002 5×1000×160=400 mm2

板底縱向受力筋：φ12@100(As=1 131 mm2)

板頂縱向受力筋：φ12@200(As=565 mm2)

板底、板頂分布筋：φ8@200

(2)平臺(tái)板PB1。

平臺(tái)板簡支于四周的梯梁上，平面尺寸為3900 mm×2300 mm，按雙向板設(shè)計(jì)。

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板厚取100 mm，gk=3.5 kN/m2,qk=3.5 kN/m2

短邊方向彎矩設(shè)計(jì)：M1=4.245 kN· m，As=163 mm2

長邊方向彎矩設(shè)計(jì)：M2=1.937 kN· m，As=73 mm2

Asmin=0.002 5×1000×100=250 mm2

平臺(tái)板PB1鋼筋配置為雙層雙向φ8@200(As=251 mm2)

(3)梯梁TL1。

截面尺寸為250 mm×400 mm(按一般框架梁的方法進(jìn)行選取)；

平臺(tái)梁TL1按簡支梁設(shè)計(jì)，承受平臺(tái)板和梯段板傳來的均布線荷載；

平臺(tái)梁上恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值取為27 kN/m(包含自重)，活荷載取值為13 kN/m。

跨中最大彎矩設(shè)計(jì)值:M=96.2 kN· m

As=887 mm2>Asmin=0.002×250×400=200 mm2

支座最大剪力設(shè)計(jì)值:V=98.7 kN，ASV/s=0.15

再根據(jù)抗震構(gòu)造措施得，箍筋φ8@100(2)。

TL1上部縱筋2φ14，中部受扭縱筋2φ14，下部縱筋3φ20，箍筋φ8@100(2)。

(4)梯柱TZ。

根據(jù)文獻(xiàn)[8]，梯柱的截面尺寸至少為250 mm×250 mm，縱筋至少為4φ14，箍筋直徑至少為10 mm，間距不大于100 mm。

梯柱按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算，軸壓力設(shè)計(jì)值N=98.7 kN，經(jīng)計(jì)算按構(gòu)造配筋。

綜上，TZ縱筋4φ14，箍筋φ10@100(2)。

4 建議

RC框架結(jié)構(gòu)中樓梯宜采用滑動(dòng)支座，這樣可以減少樓梯與整體結(jié)構(gòu)在地震作用下的相互影響，從而使樓梯構(gòu)件的受力更為合理。當(dāng)樓梯采用滑動(dòng)支座時(shí)，樓梯構(gòu)件可按非抗震進(jìn)行承載力計(jì)算，計(jì)算簡單、便于操作，但應(yīng)滿足抗震構(gòu)造措施(樓梁、梯柱的抗震等級不應(yīng)低于框架結(jié)構(gòu)的抗震等級)。

[1] GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2] 中國有色工程有限公司.混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012

[3] 朱炳寅.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011

[4] 朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012

[5] 2009JSCS-G2009全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施·結(jié)構(gòu)(混凝土結(jié)構(gòu))[S]

[6] DBJ 15-92-2013高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]

[7] 11G101-2(2012更正版)國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集[S]

[8] 滬建建管[2012]16號(hào) 上海市建筑業(yè)管理辦公室文件[S]