張 哲

(西南科技大學(xué)，四川 綿陽 621010)

0 引言

在各類建筑中，其內(nèi)部有著一部甚至是數(shù)部樓梯，其設(shè)計(jì)的安全性顯得格外重要。事實(shí)上，樓梯在地震中的破壞相當(dāng)嚴(yán)重[1-3]，從簡化的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型來講，樓梯對(duì)于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)起到斜向支撐的作用，通常是首先發(fā)生的破壞，致使樓內(nèi)人員被困，導(dǎo)致了慘重的后果。因此，對(duì)樓梯必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于樓梯間的墻體必須采取安全有效的抗震構(gòu)造措施，保證其在地震中起到“安全通道”的作用。

1 通用設(shè)計(jì)計(jì)算方法

在使用PKPM等結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，對(duì)樓梯部分進(jìn)行了簡化的計(jì)算[4]，即將樓梯處樓板板厚設(shè)置為零，根據(jù)實(shí)際情況，將樓梯的豎向荷載經(jīng)過折算后以均布荷載的形式作用到零厚度板上，樓梯不參與結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算，只是簡單地計(jì)算承載能力和配筋，大多數(shù)情況下忽略地震作用的影響。

1.1 梯段板

梯段板設(shè)計(jì)中，要考慮樓梯的自重即恒載以及隨時(shí)間而變化的可變荷載，有少量居民的多層住宅樓梯活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0 kN/m2，其他建筑中樓梯活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值為3.5 kN/m2[5]。由于梯板與荷載的作用方向不是垂直關(guān)系，因此其變形與一般的受彎構(gòu)件有所區(qū)別。梯板的兩端認(rèn)為是不完全嵌固的，跨中彎矩系數(shù)通常為1/8～1/10。

為了防止梯板在支座處產(chǎn)生較大的裂縫，應(yīng)在梯板上部放置一定數(shù)量的鋼筋[6]，滿足最小配筋率要求與8@200之間取較大值，長度通常為L0/4(L0為梯段板的水平跨度)。在與受力鋼筋垂直的方向上，依據(jù)構(gòu)造要求在受力鋼筋的內(nèi)側(cè)放置一定數(shù)量的分布鋼筋，并且要確保每個(gè)踏步內(nèi)至少存在一根分布鋼筋[7]。

1.2 平臺(tái)梁、平臺(tái)板

平臺(tái)梁和平臺(tái)板依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2015年版)中的有關(guān)條文計(jì)算斜截面承載力和正截面承載力，同時(shí)校算平臺(tái)梁、平臺(tái)板的撓度，并控制裂縫。

2 樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的影響

近年來，歷次震害表明[1-3]，結(jié)構(gòu)自身的安全受到樓梯的影響。GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)第3.6.6條要求“在結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響”[8]，主要指以下兩個(gè)方面：其一，樓梯對(duì)豎向構(gòu)件的影響，由于平臺(tái)梁的存在使豎向構(gòu)件中間受到集中力的作用，形成短柱或者部分錯(cuò)層；其二，保證樓梯具有傳遞水平作用力的能力。理論研究表明，樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響程度主要取決于樓梯剛度所占主體結(jié)構(gòu)剛度的比例，簡而言之，樓梯的剛度越大，其分配的水平地震力就越大[9]。

在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段。墻體通常僅顯示出輕微的開裂現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)整體剛度變化較小，樓梯的剛度遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的整體剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響比較小。然而，在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性工作階段，墻體大量損壞，整體剛度嚴(yán)重下降，樓梯剛度在整體結(jié)構(gòu)剛度中所占的比例增加，承受的水平地震力也就加大，樓梯對(duì)主體的影響變大?，F(xiàn)澆樓梯板作為部分剛性樓板，傳遞水平地震力，使梯板受拉進(jìn)而出現(xiàn)裂縫，框架柱形成短柱和局部錯(cuò)層柱最終導(dǎo)致破壞。

3 對(duì)于樓梯設(shè)計(jì)的建議

樓梯作為地震中最主要的安全逃生路線，在抗震救災(zāi)中起著極其重要的作用[10]。對(duì)于樓梯設(shè)計(jì)應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：

1)在整個(gè)建筑平面中，樓梯處于不同的位置，對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算和分析有不同的影響，不要將樓梯單獨(dú)放置在建筑平面的一端或者一角；

2)樓梯間必須有安全可靠的抗震構(gòu)造措施，防止地震中填充墻倒塌，中斷樓梯上下通道；

3)在框架結(jié)構(gòu)中樓梯應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支座，避免梯段板與梯梁澆筑在一起，在地震作用下，梯段板相對(duì)于梯梁將會(huì)產(chǎn)生輕微的相對(duì)滑移，釋放地震能量并減小梯板的斜撐作用，保證樓梯在主體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞之前仍能正常使用；

4)梯段板的計(jì)算跨度應(yīng)以斜向長度為基準(zhǔn)，而不是水平投影長度；

5)對(duì)于整體性較差的結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中應(yīng)考慮樓梯和主體結(jié)構(gòu)之間的相互作用，并且進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，不宜使用樓板開洞的通用算法。