建筑框架結(jié)構(gòu)樓梯部分加強(qiáng)措施分析

楊紅璽 張相奎

摘 要：建筑工程框架結(jié)構(gòu)施工中，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。本文對(duì)樓梯構(gòu)件部分本身的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、震害進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的對(duì)策，以便在工程中采取必要的設(shè)計(jì)措施，更有效地提高樓梯的防震減災(zāi)能力，最大限度地避免人員的災(zāi)難性傷亡。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；樓梯部分；加強(qiáng)措施

現(xiàn)在的建筑都是以高層建筑為主，高層建筑在為人們帶來諸多好處的同時(shí)，也常常受到質(zhì)量的困擾，尤其在樓梯部位，總會(huì)有樓梯斷裂以及梯梁被剪短的問題出現(xiàn)，這些都是工程質(zhì)量沒達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)所致的?？蚣軝C(jī)構(gòu)樓梯是最為常見的結(jié)構(gòu)，在建筑工程施工中得到了廣泛的使用。在結(jié)構(gòu)分析中這種樓梯通常僅按受彎構(gòu)件進(jìn)行分析，在建筑物的正常使用過程中，這些樓梯也表現(xiàn)出較好的工作性能。下面來分析下樓梯設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及震害破壞問題。

1 框架結(jié)構(gòu)樓梯部分設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及震害破壞

目前框架結(jié)構(gòu)中，采用板式樓梯設(shè)計(jì)的居多。樓梯梯段的一端起于樓面構(gòu)件，而另一端支承于層間平臺(tái)的邊梁上。若干個(gè)構(gòu)造小柱支承起的層間平臺(tái)。則南現(xiàn)澆樓板和周邊小梁組成。構(gòu)造小柱則起于樓面梁。止于層間平臺(tái)。梁、板均按普通受彎構(gòu)件。小柱則按普通軸壓構(gòu)件計(jì)算或構(gòu)造，有時(shí)疏于計(jì)算而引用手冊(cè)、圖集或用截面表示。樓梯圍護(hù)墻按常規(guī)框架填充墻設(shè)計(jì)和施工。目前板式樓梯破壞的形態(tài)及原因分析如下：

1.1 梯板破壞

梯板破壞主要表現(xiàn)為梯板斷裂，斷裂部位可歸納為幾種情況：在距兩端支座約113處斷裂；在樓梯施工縫處斷裂；沿梯板長度方向破裂；梯板的裝修面層破壞等。產(chǎn)生此類破壞的原因是：（1）施工縫處理不當(dāng)，施工縫中大量夾渣，新澆的混凝土和原有混凝土結(jié)合面強(qiáng)度極差，在地震作用尤其是豎向地震作用下產(chǎn)生上下錯(cuò)動(dòng)。（2）樓梯按斜桿分析，在斜桿中點(diǎn)以上的范圍存在拉力。實(shí)際配筋時(shí)，梯板的負(fù)筋長度通常按水平跨度的1/4來布置鋼筋，在正常使用時(shí)，由于拉力較小，并未發(fā)現(xiàn)問題，而地震時(shí)，尤其在豎向地震左右下，梯板的拉力大幅度增加，結(jié)果造成梯板上側(cè)負(fù)彎矩筋截?cái)喔浇l(fā)生斷裂。

1.2 梯間小柱破壞

目前一般做法是在鋼筋混凝土框架梁設(shè)小柱，小柱頂兩個(gè)方向設(shè)梁。在地震中樓梯間小柱大量出現(xiàn)柱頭破損，梯梁縱筋被拔出的情況。出現(xiàn)此類破壞的原因是：1）柱截面過小，梯橫梁在柱內(nèi)的錨固長度不能滿足規(guī)范規(guī)定的最低要求；2）節(jié)點(diǎn)混凝土澆筑質(zhì)量差，強(qiáng)度低；3）未考慮地震時(shí)該柱實(shí)際存在的地震彎矩，柱的強(qiáng)度不足等。

1.3 梯間框架柱剪切破壞

現(xiàn)有板式樓梯在半層處平臺(tái)通過平臺(tái)梁和平臺(tái)板與框架柱相連，與其他位置框架柱相比，樓梯間框架柱凈高約為其他位置的一半，在樓板剛性假定的前提下，其分得的地震剪力約為其他柱的8倍左右，即便考慮樓梯平臺(tái)的一部分位移。樓梯間的框架柱分得的地震作用也比其他柱大得多。這就導(dǎo)致了地震區(qū)中大量的樓梯間框架柱發(fā)生嚴(yán)重的剪切破壞。

1.4 樓梯平臺(tái)板和平臺(tái)梁的破壞

目前樓梯平臺(tái)梁和平臺(tái)板一般均按受彎計(jì)算。在正常使用狀態(tài)下，梯板推力很小，梁板均能安全正常的工作；而在地震作用下（尤其在大震時(shí)），梯板的軸力很大，對(duì)平臺(tái)梁而言，梯板的推力使平臺(tái)梁平面外受彎、受剪。而平臺(tái)梁寬度一般很小，大多在200～250mm之間，平面外抗彎及抗剪能力極低，所以在重災(zāi)區(qū)，包括中等烈度區(qū)都有大量的樓梯在平臺(tái)處發(fā)生破壞。

1.5 樓梯間填充墻破壞

由于梯板斜向放置，梯間小柱將樓梯間填充墻分割得很零碎且梯間小柱未伸至上層梁底，填充墻構(gòu)造措施不到位等多方面原因。導(dǎo)致樓梯間填充墻較房屋其他處的破壞大很多，在地震時(shí)造成大量人員傷亡。要避免樓梯間填充墻的倒塌。需要大幅度提高填充墻的延性，設(shè)計(jì)中應(yīng)做到以下幾個(gè)方面：1）保持砌體的完整性，避免梯板嵌入墻內(nèi)造成用大量碎磚填縫的情況發(fā)生；2）梯間小柱應(yīng)延伸至上層梁底，和梁底的連接采用構(gòu)造柱和框架梁的連接方式；3）增設(shè)通長水平鋼筋混凝土腰帶。

2 框架結(jié)構(gòu)樓梯部分加強(qiáng)措施

在目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樓梯構(gòu)件并沒有參與主體框架設(shè)計(jì)，也沒有考慮樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。通過對(duì)樓梯的框架結(jié)構(gòu)模型的分析，我們可知考慮樓梯與不考慮樓梯對(duì)框架主體結(jié)構(gòu)影響很大。下面對(duì)框架結(jié)構(gòu)樓梯部分的加強(qiáng)措施有：

2.1 主體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮梯板參與工作，按計(jì)算結(jié)果加大配筋

由于樓梯的存在使得在樓梯間附近的框架構(gòu)件的內(nèi)力增大，在地震作用下增大更明顯，而其對(duì)遠(yuǎn)離樓梯間的框架構(gòu)件內(nèi)力的影響很小。建議在采用普通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放大與樓梯構(gòu)件直接相連的框架梁柱的配筋。

2.2 切斷梯板與框架柱的聯(lián)系，在框架梁上做獨(dú)立小柱支撐樓梯板

上個(gè)方法是采用合適的斷面與配筋來抵抗地震作用；另外還可以采用“放”，即將半層平臺(tái)與柱的聯(lián)系切斷，在框架梁靠近框架柱的部位另設(shè)獨(dú)立小柱來支撐梯板。樓梯間相鄰構(gòu)件出現(xiàn)的變化如下。

1）Z2柱與樓梯半層平臺(tái)相連，橫向剪力突增，是樓梯平臺(tái)和柱無連接的3倍多；橫向彎矩增大較多。由此可見，斷開樓梯平臺(tái)和框架柱的連接，能有效減少樓梯平臺(tái)對(duì)框架柱的地震影響。

2）半層平臺(tái)梁剪力增大較多，彎矩有所減小。

3）梯板軸力增大較多。不論是否切斷樓梯平臺(tái)梁和柱的連接，梯板都承受了較大的軸力。今后在梯板設(shè)計(jì)中，應(yīng)按拉彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，梯板負(fù)筋應(yīng)全部拉通，而不能按現(xiàn)行構(gòu)造手冊(cè)所示的負(fù)筋長度按l/4板跨截?cái)唷?/p>

2.3 改進(jìn)現(xiàn)有樓梯構(gòu)造，按樓梯的實(shí)際受力狀態(tài)配筋

目前梯板的設(shè)計(jì)不論是教科書還是設(shè)計(jì)中經(jīng)常參考的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊(cè)，梯板配筋均采用單向板的配筋方式，在水平地震作用下，梯板將承擔(dān)較大的軸力，而梯板施工圖中卻基本未反映這種效應(yīng)，導(dǎo)致梯板大量產(chǎn)生受拉破壞，所以梯板的配筋方式應(yīng)使負(fù)筋完全貫通以承擔(dān)梯板中實(shí)際存在的軸力。由于梯板的斜撐作用導(dǎo)致樓梯平臺(tái)梁受到平面外的剪力，產(chǎn)生平面外彎矩。此部分目前在設(shè)計(jì)中也未加考慮，所以平臺(tái)梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如實(shí)考慮平面內(nèi)和平面外的彎矩及剪力。

2.4 樓梯的休息平臺(tái)板應(yīng)采用雙面雙向配筋

休息平臺(tái)處梯梁的設(shè)計(jì)宜遵循框架梁的設(shè)計(jì)原則，休息平臺(tái)板應(yīng)采用雙面雙向配筋。梯段板應(yīng)該按照偏心受拉構(gòu)件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析，其鋼筋負(fù)筋應(yīng)該拉通，形成雙層雙向鋼筋配置。另外，通過對(duì)梯段板在地震作用下的受力性能分析可知，底層梯段板所受軸力很大，致使其所需配筋量很大，需要配置較大直徑的鋼筋。對(duì)此，建議將下部幾層所受軸力比較大、所需配筋量較大的梯段板，在其中間部位斷開，將其設(shè)置為懸挑形式（一般只需對(duì)結(jié)構(gòu)下部幾層采用此方法即可），例如我們將底層按此方法處理，這樣可以避免梯段板因板頂?shù)姿轿灰撇钸^大而被拉斷的情況發(fā)生，可以避免樓梯的支撐效應(yīng)。采用此方法時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加相應(yīng)層休息平臺(tái)梯梁箍筋的鋼筋用量，以滿足其承載力要求。

3 結(jié)語

綜上所述，在框架結(jié)構(gòu)的樓梯間處，樓梯能起斜撐作用，這可以增加主體結(jié)構(gòu)的剛度，因此剛性的樓梯井必須同水平隔板或樓蓋板很好的連成整體，因?yàn)閯傂詷翘菥赡芘c房屋其他部分反應(yīng)不同，從而引較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鋼筋混凝土樓梯與框架有可靠連接時(shí)，樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度、承載力及耗能能力的影響是明顯的。因此，要做好框架結(jié)構(gòu)樓梯部分加強(qiáng)措施，以應(yīng)對(duì)突發(fā)的地震等自然災(zāi)害的發(fā)生。

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