基于抗震对楼梯建筑结构设计的思考

基于抗震对楼梯建筑结构设计的思考
摘要：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。

关键词：基于抗震；楼梯建筑；结构设计
引言
传统的楼梯构造方式没有考虑抵抗侧向应力作用，基本上是使用混凝土材料
辅以钢筋与主体框架进行一体浇筑，在地震发生时不能承载较大的应力，踏步段
反而成为首要的冲击目标，垮塌弯折严重。

为此，相关人士在设计楼梯的抗震性
能时要考虑到抗侧向力以及楼梯与框架结构的分离，避免直接承受地震力，确保
楼梯结构的完整性，应在低端梯梁与楼梯之间设置滑动支座。

1研究背景
1.1我国地震灾害多发
我国西南部及中西部地区处于欧亚地震带，东部处于环太平洋地震带，这两
大地震带是世界上板块运动最活跃的部位，导致我国地震灾害频发。

在太平洋、
菲律宾海和印度三大板块的挤压下，我国的地震断裂带分布广泛，很多省份和地
区都发生过6级以上的地震，具有震源浅、频度高，以及灾害重等特点。

在雨季
更容易引发滑坡、崩塌等严重的次生灾害。

1.2早期建筑抗震能力不强
伴随着人们生活水平的提高，我国城市化发展迅速。

因我国的耕地面积有限，为了缓解紧张的土地资源，综合利用空间，高层建筑开始迅速发展并成为主要的
城市建筑模式，并且建设高度越来越高，规模也越来越大。

钢筋混凝土框架结构
是比较传统的建筑模式，因建筑方式的美观、简洁，故在民用建筑中占据较大的
比重。

早期建筑结构受限于当时的科学发展水平，在抗震方面缺乏合理的设计，
在地震灾害发生时受损严重甚至直接倒塌，造成了严重的人员伤亡。

调查发现，
高层框架结构的板式楼梯受损更加严重，该类结构由于使用人员更加密集，相比
较而言损失更大。

常见的破坏有梯段板折断、平台梁扭断、梯间短柱效应等。

2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。

3建筑楼梯构造设计和措施
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。

3.1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。

3.2优质材料
国家对抗震很重视，有明文规定。

但是由于人们在施工时使用劣质的材料，
偷工减料，不严格遵守规定，导致建筑物质量差。

很多新闻中有关建筑倒塌的事
情都不是因为地震，而是由于建筑存在质量问题。

所以在建筑设计中，需要选择
优质的建筑材料，保证建筑物有足够的力量抵御地震，减小震力对建筑物的破坏，保护人们的安全，避免经济损失。

3.3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。

3.4强化设计质量
设计时，需要遵守相关原则，对楼梯结构进行更改，使其安全、可靠。

足够
的刚度在减小震力方面起着重要作用，同时还需要高承载力、足够的能力耗散和
高延展性。

其中的高延展性可以使承载力与强度减小，避免在震力中出现结构坍塌。

3.5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。

结束语
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。

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