板式楼梯抗震设计

浙江建筑,第26卷,第12期,2009年12月Zhejiang Constructi on,Vol .26,No .12,Dec .2009

收稿日期:2009-08-03

作者简介:郑丹伟(1980—),女,江西南昌人,助理工程师,从事建筑结构设计工作。

板式楼梯抗震设计

Aseismic Design of Cranked Slab Stairs

郑丹伟,郑亦清

ZHEN G D an 2w ei,ZHEN G Yi 2qing

(上海启合印建筑设计有限公司,上海200063)

摘　要:对板式楼梯受力特点进行简要分析,指出板式楼梯传统设计方法的弊端,提出楼梯抗震设计的概念及构造措施,可供工程设计参考。

关键词:板式楼梯;抗震设计;构造措施

中图分类号:T U312+.1 文献标识码:B 文章编号:1008-3707(2009)12-0009-03

楼梯的结构形式主要分为板式和梁式。板式楼梯由于外形美观、施工相对简便,所以广泛运用于各类建筑中。而楼梯间作为生命疏散通道,是每栋建筑最重要的部分,所以楼梯间的抗震设计显得尤为重要。

2008年5月12日,四川汶川发生里氏8.0级特大地震,破坏力巨大。在大震时,楼梯作为重要的逃生通道,破坏相当严重,并未发挥其应有的功能。以最常见的钢筋混凝土板式楼梯为例,震害表明,楼梯往往在主体结构破坏前产生各种形式的破坏,影响

正常使用及结构安全[1]

。为此,我们不得不对传统的板式楼梯设计方法提出疑问。

1　板式楼梯传统设计方法

1.1　楼梯间墙体为承重墙

这类建筑主要为砌体结构。楼梯主要由梯段板

(T B )、平台板、平台梁(T L )组成。其一般剖面见图1。1.2　楼梯间墙体为填充墙

这类建筑主要为框架或框架—剪力墙结构。楼梯主要由梯段板(T B )、平台板、平台梁(T L )以及楼梯柱(TZ )组成。其一般剖面见图2。

对于上述两种最常用的板式楼梯形式,无论平台梁是支承在承重墙上还是框架梁或梯柱上,传统设计时均进行了简化处理。

楼梯不参与整体结构的

图1　板式楼梯剖面示意图

内力计算,而是将楼梯处楼板开洞,仅将楼梯的竖向荷载折算到承重墙或框架梁上,楼梯再单独进行竖向荷载作用下的构件计算和配筋,不考虑地震作用。梯段板两端视为部分嵌固支座,跨中弯矩系数根据支座嵌固条件的不同,按1/8～1/10取值。为避免梯段板在支座处产生过大的裂缝,在板面配置一定数量的钢筋,一般取<8@200,长度为Ln /4。在垂直受力钢筋方向,按构造配置分布钢筋,并要求每个踏步内至少有一根分布钢筋。其一般配筋见图3。

平台板和楼梯梁均按简支板、简支梁进行计算。梯段板、平台梁、平台板按《混凝土结构设计规范

(G B5001022002)》中的承载能力极限状态计算的相关条文进行正截面承载力和斜截面承载力计算,并进行裂缝控制及挠度验算。

2　板式楼梯受力特点

(1)梯段板:在竖向荷载作用下,孤立的梯段板类似于斜板,属于受弯构件;而把楼梯间作为一个整体来看,梯段板又具有斜撑的作用,具有压杆的性质。在水平力作用下,由于梯段板的斜撑效应,楼梯间吸收了很大的水平力,而楼梯间楼板开大洞,抵抗水平力的能力较弱,斜向构件梯段板必然也要承受水平剪力;另外,梯段板通常只有半个层高,休息平台与层高处的水平位移存在差值,使梯段板受拉。所以梯段板既受弯又受剪,还受拉、压。

(2)平台梁:平台梁主要受弯。但是在水平力作用下,由于梯段板的斜撑作用,与平台梁相连的两个梯段板相对于平台梁产生扭转,可以导致平台梁受扭破坏[1]。

(3)楼梯柱:对框架结构房屋而言,楼梯休息平台往往通过楼梯柱传递竖向荷载到框架梁上。有水平力作用时,休息平台与层高处的水平位移差使得楼梯柱受剪。

(4)与休息平台相连的框架柱:在框架结构楼梯中由于存在休息平台,休息平台与框架柱相连,使框架柱成为短柱,容易发生剪切破坏。

3　板式楼梯抗震构造措施

(1)汶川地震对建筑的破坏程度使我们认识到,以前对抗震设计的重要性认识不够,尤其是对楼梯间作为生命疏散通道的重要性认识不足。为此,建设部迅速组织专家实地考察,及时对现行的《建筑抗震设计规范(G B5001122001)》作出修正[2]。

《建筑抗震设计规范(2008年版)》与楼梯有关的修正有:①3.6.6条第1项:计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况;计算中应考虑楼梯构件的影响。②3.7.3条:附着于楼、屋面结构上的非结构构件,以及楼梯间的非承重墙体,应采取与主体结构可靠连接或锚固等避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备的措施。③7.3.1条:表7.3.1砖房构造柱设置要求中,对构造柱设置部位增加了“楼、电梯间四角,楼梯段上下端对应的墙体处”,其结构剖面见图4。④7.3.8条:楼梯间应符合下列要求(从略),要求明显比以前提高,提升为强制性条文。可见国家从汶川地震中吸取了经验教训,更加重视楼梯的抗震设计了

。

图4　砌体结构板式楼梯剖面示意

(2)除了规范的明文规定外,根据板式楼梯各构件的受力特点,还应采取相应的构造措施。如:梯段板的配筋应考虑到它既受弯又受剪,还受拉、压的特点,钢筋应双层双向通长,板面钢筋的配筋面积应增大,增强梯段板抗剪及抗拉的能力;板面钢筋应锚入两端平台板中,与平台板形成连续板,提高梯段板抗弯能力,并且可降低平台梁的扭转效应。具体配筋见图5。

楼梯柱锚固在框架梁上,宜上下对齐,连续设置,见图6。这样可将梯段板受到的剪力部分传递到与梯柱相连的框架梁上,从而减小休息平台处框架短柱的剪力;楼梯休息平台处框架短柱箍筋应全高加密至间

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距100或采用复合螺旋箍筋;与楼梯柱相连的框架梁

应加大配筋率,箍筋在梯柱两侧加密三道间距50或附加吊筋;支承楼梯段的平台梁应考虑梯段板引起的推力和扭矩作用,加大高度和配筋,平台梁箍筋也应加密;楼梯间的填充墙应与框架柱和楼梯柱或构造柱设置拉结钢筋,避免地震时过早倒塌阻塞通道。

4　结论和建议

传统板式楼梯设计方法仅计入了恒载和可变荷载,未考虑地震作用;梯段板采用分离式配筋,抗震性能并不理想。因此,在设计计算时应将楼梯参与整体计算来考虑地震作用。但是,目前国内的结构计算软件还不能合理模拟楼梯对整体结构的作用。因此,目前在设计楼梯时应着重加强抗震构造措施,梯段板负筋应拉通,形成双层双向钢筋配置,并且负筋两端锚入平台板中;梯柱也宜上下对齐,连续贯通;平台梁受扭作用明显,应加强上、下部纵向钢筋和箍筋;楼梯休息平台处的框架短柱箍筋应全高加密或采用复合螺旋箍筋。

只有通过合理计算加上构造保护,才能使楼梯间真正成为地震时的生命疏散通道。

参考文献

[1]　苏启旺,蔡宏儒,李　力.从“汶川大地震”引发对板式楼梯设

计的思考[J ].四川建筑科学研究,2008,34(4):165-167.[2]　徐正忠,王亚勇,戴国莹.G B 5001122001建筑抗震设计规范

(2008年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

(上接第8页)

(2)从边集中取出另外一条边E 并检查它是否与L1相连接,见图12。对不同的连接方式需对其做相应的调整,图中的①和③是我们想要的结果,当出现②和④的连接情形时,则要做一些针对E 的调整,最简单的办法就是调换E 的起点和终点

。

图12　边连接方式的分类

不断重复(1)和(2)遍历完所有的边,最终得到

一条多段线组成的多段线集合。最后需要对面集合的进行容错处理,以排除图13

所示的不合理的情况。

图13　图形导出导入的异常类型

通过上述规程即能实现DXF 文件的导入,形成

该系统的一个截面实例,见图14

。

图14　DXF 文件导出示例

2　结　语

本文基于OpenG L 图形平台,采用面向对象的C#编程语言,结合计算机图形学技术,基于几何拓扑操作建立了桥梁构件截面的一般表达。另外,为方便建模,研究了本系统中基本类型Face 和DXF 文件的双向驱动,并实现了同AUT OCAD 的交互操作。研究表明,通过有效的几何操作,结合OpenG L 技术,可有效而快捷地建立桥梁三维模型,为桥梁结构设计和计算提供有益的辅助手段。

参考文献

[1]　任爱珠,王道堂.土木工程中的计算机应用[J ].土木工程学

报,2005,38(9):26-29.[2]　彭卫兵,任爱珠,吕建鸣,等.中小跨径桥梁绘图设计重用模型

[J ].公路交通科技,2006,23(6):98-103.

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