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抗震对楼梯建筑结构设计的作用

发布时间:2022-04-11 发布者:合肥施工图审查平台

  摘要:文章从楼梯在建筑平面中位置分布、楼梯抗震构造设计两个角度进行楼梯抗震分析。分析指出:楼梯平面位置应该分布在平面对角位置,且为倒数第二跨为宜。楼梯构造设计中以双跑楼梯为例,从楼梯间整体破坏、层楼梯破坏、楼梯柱、楼梯梁及楼梯板几种状态进行分析,指出破坏原因,并提出解决办法。

  

  楼梯作为建筑地震逃生的唯一安全通道,在结构设计中有着极其重要的地位。本文针对楼梯设计进行深入的探讨,从楼梯在建筑平面位置中的布置、楼梯的抗震构造设计两个角度,深入分析抗震对楼梯的破坏影响,从地震中不同楼梯的典型的破坏现象入手,分析破坏原因,指出解决办法。


  1 建筑平面设计———楼梯平面位置的设置


  在建筑平面设计中,楼梯位置的选择对楼梯破坏有很大影响。建筑的四个角是距离建筑中心点最远,惯性矩最大,基于鞭梢效应的考虑,一旦发生地震,建筑四个角破坏也最严重。因此,楼梯设计应避开建筑的鞭梢,靠近建筑的质点中心,住宅酒店等剪力墙结构能够满足这样的要求。商场、影剧院等建筑面积较大的建筑、板式建筑等为了满足防火疏散要求和安全疏散要求,楼梯需要分散布置,楼梯位置需要协调疏散与抗震之间的关系,楼梯至少应设置在第二跨。建筑设计中,通常将日照较好的一面作为主要用房,日照较差的一面作为辅助房间,北侧朝向较差,建筑设计通常考虑作为楼梯间、辅助房间,但是,地震模拟显示,如果楼梯间都放在北侧,将形成南侧在地震作用下变形较大,北侧为变形较小的不均匀变形;如果将楼梯均匀布置在南北两侧,那么将形成建筑变形均匀的形式,所以,在进行建筑设计时,应综合考虑建筑抗震与建筑空间利用。


  2 建筑楼梯构造设计


  在建筑设计中,楼梯根据布置方式和造型的不同,分为单跑楼梯、双跑楼梯、转角楼梯、弧线楼梯等,不同形式的楼梯对于建筑有不同的表现形式,塑造出不同设计效果,但是不同形式的楼梯在地震中的破坏形式也各不相同。于是,在楼梯设计过程中,需综合考虑建筑的造型,结构抗震的破坏,合理使用。下面以双跑楼梯为例分析破坏形式及楼梯设计的注意事项。


  2.1楼梯间整体严重破坏


  楼梯作为逃生通道,楼梯间破坏,其破坏程度的严重程度大于梯段破坏,因此加强楼梯间的设计非常重要。地震中,楼梯间的破坏情形中有一种建筑主体破坏较少,而楼梯间整体破坏较多的情况。抗震规范进行建筑抗震验算时,将建筑主体作为验算对象,没有考虑楼梯,这种孤立楼梯的设计模型对于抗震设计有漏洞,因为楼梯作为建筑一部分对于抗震有很大影响,尤其楼梯的抗震验算是需要考虑楼梯与主体之间的相互作用力。所以,在进行结构设计时,需要考虑楼梯与主体的相互关系。处理措施:楼梯抗震设计要与主体抗震设计同步考虑,在进行配筋、结构验算时,同时考虑主体与结构。如果是砌体结构,考虑楼梯间与建筑主体的拉结,拉结越牢固,抗震性能越好。


  2.2底层楼梯严重破坏


  竖向楼梯的设计中,底层的重要性大于其它层,底层承受的作用力也大于其它层,作为逃生的最后一层楼梯,需要在设计中加强底层楼梯的设计。常规建筑的荷载从上到下逐渐增大,底层荷载最大。由于底层荷载最大,形成地震对于底层楼梯破坏也相对严重,且底层作为疏散的最后通道,需要加强抗震设防处理。建筑中底层楼梯严重破坏,短柱倒塌引起楼板落地,楼梯无法正常通行,楼梯短柱断裂,楼梯段板分段断裂,楼梯不连续,无法通行。


  2.3楼梯柱破坏


  楼梯柱破坏形式有三种:楼梯平台梯柱底部断裂,引起楼梯垮塌,无法通行;板底混凝土压碎,局部钢筋断裂,平台板失稳;柱与平台梁交接位置,混凝土压碎,钢筋局部拉断,平台板、楼梯板错位。所以,在地震中楼梯平台柱不能先于楼梯板破坏,于是需要设计强柱弱板结构形式。因此,在设计中应加强楼梯柱的设计。为了保证短柱在抗震下的稳定性,考虑在楼梯间附加小柱子。在框架结构增加小柱后,楼梯与主体结构脱离,在水平方向不参与整体结构的共同工作,避免主体结构对楼梯的不利影响,避免主体结构对于楼梯的梯板、梯梁的弯剪破坏;在竖向荷载作用下,楼板上荷载传到小柱、梯柱和梯梁,附加小柱与原有梯柱把竖向荷载传给楼梯间框架梁,框架梁发生弯曲变形,因楼梯间跨度小,所以总的竖向荷载较小,楼梯间框架梁完全能够满足竖向承载要求及挠曲变形的限制要求。


  2.4楼梯梁破坏


  破坏现象:楼梯梁跨中底部、侧面混凝土碎裂,钢筋局部破坏,与梁相近位置板混凝土碎裂,出现板破坏迹象。破坏原因:楼梯跨度大,采用梁板式楼梯的传力形式,在常规受力情况下,楼梯梁承受竖向荷载,水平向荷载,地震作用下,由于地震力的多面性,梁承受各个方向的作用力,其中扭转作用力对于梁的破坏最大,于是形成梁侧面,底部破坏现象。加强措施:加强梁的抗扭破坏,增加构造抗扭钢筋。尤其以跨中受力最大位置为先。


  2.5楼梯板破坏


  2.5.1破坏情况1分析破坏现象:楼梯跨中水平裂缝,部分混凝土被挤碎,部分板钢筋被拉断。破坏原因:楼梯跨中是地震中受力较大的位置,由于地震的强大作用力,钢筋达到屈服应力而出现破坏,受拉区钢筋被拉断,混凝土破碎。加固措施:考虑地震设防烈度的影响,增加底部主要钢筋的配筋。


  2.5.2破坏情况2分析破坏现象:楼梯段出现平整水平的缝隙,位置为距离休息平台1/3~4处,即施工缝。破坏原因:楼板浇注混凝土时存在施工间歇的施工缝,施工缝虽然做了处理,但是仍然是地震多发部位。加强措施:加强施工缝处理,用高等级的混凝土填缝。


  2.5.3破坏情况3分析破坏现象:楼板沿着1/3~4处出现三叉形裂缝,钢筋被拉断,混凝土出现裂缝,但没有压碎现象。破坏原因:1/3~4处为楼板钢筋负筋,此处钢筋有变化,楼板刚度较大,为变化点,形成应力集中。加强措施:楼板配置双向双层钢筋,增加楼板抗震能力。鉴于以上破坏形式,可知在地震作用下,楼梯的形式越规矩简单,越能够抵抗地震的作用力,楼梯的刚度越大,越易于抗震。因此,在楼梯形式选择时,优先选择双跑楼梯,弧形楼梯不易于抗震,在必要使用时候再使用。对存在弧形楼梯、折线型楼梯进行抗震设计需加强设计,多考虑抗震影响。


  3 总结


  本文从楼梯的布置位置、布置方式和造型上分别考虑了抗震对于楼梯的影响,综合考虑楼梯平面布置满足疏散要求应分散开,满足抗震要求应对角对称布置;楼梯造型满足建筑造型要求适宜选用复合建筑要求的各种形式楼梯,弧线形式、折线形式、旋转楼梯、双分双合楼梯等,但是形式曲线的复杂,必将带来抗震的不利,应加强抗震设计。楼梯构造设计中以双跑楼梯为例,从楼梯间整体破坏、层楼梯破坏、楼梯柱、楼梯梁及楼梯板几种状态进行分析,分别指出破坏原因及解决办法。