楼梯间与楼梯结构的震害分析及抗震设计建议

楼梯间与楼梯结构的震害分析及抗震设计建议

马海军

天津大成国际工程有限公司300457

刊名：城市建设

英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN

年，卷(期)：2009，(33)

摘要：参阅了唐山、汶川地震中震害的文献资料和现场报道的基本情况，并作了简要分析，针对楼梯间及楼梯结构的震害问题，提出相应的抗震设计建议，以加强建筑工程抗震设防工作，提高工程结构防震抗震能力。

关键词：地震；楼梯间；楼梯结构；震害分析；设计建无论是公用建筑还是民用建筑，最薄弱的地方是楼梯间。而当发生地震和火灾时，楼梯是重要的紧急逃生竖向通道。疏散时密集的人群又使得很大的活荷载集中在楼梯间及楼梯段上，这些相对来说是建筑比较薄弱的地方。此时，楼梯的堵塞和破坏会延误撤离及救援和消防人员的工作，从而导致严重伤亡

一、楼梯结构概念

之所以提出楼梯结构的概念，是因为传统的楼梯设计并无具体的结构设计要求，形式多样，无完整的结构概念。因此作者认为应该将楼梯设计提升到一个局部结构单元的层次。这是因为：(1)楼梯间的本身特点决定了此处有大量墙体的存在将集中地震力，而这个地震力的传递途径在传统的设

计理念中并未予以计算和设计，存在传力途径不清晰的问题，所以要对楼梯的布置和结构形式做具体要求(可参考新抗震规范)；(2)楼梯仅承担和传递竖向力，导致自身和支承构件(比如外墙)抗震承载力偏低。将楼梯提升到局部结构单元，就意味着需要对楼梯进行竖向和水平传力体系设计，需要将楼梯的水平荷载和抗震承载力定量化，引入抗震构造措施的具体要求，同时明确支承构件的抗震设计要求(可参考新抗震规范)；(3)采用“放”,“缓”,“抗”的设计原则，根据具体情况化解楼梯子结构与周边整体结构的互相“矛盾”和依存”关系。

二、楼梯间抗震设计建议

楼梯具有沿房屋全高的刚性构件和主体结构直接或间接联系的特性。为了达到稳固、实用的目的，建造时除了必须达到功能上的要求外，还应采取必要的措施以达到抗震的效果。地震时，楼梯间较为薄弱，其破坏主要来自于与其相连接的墙体的破坏，而位于这些部位的墙体往往由于受到嵌入墙内楼梯段的削弱，所以其破坏程度一般比其他部位的墙体更严重。另外，由于楼梯间的开间小，因而其水平方向的刚度相对较大，这样，它分配到的地震力也就较大；而且，由于在这里的墙体沿高度方向缺乏强劲的支撑，所以空间的刚度较差；加上顶层休息平台以上的外纵墙常常达一层半高，其稳定性很差。所有这些都是造成楼梯间的震害比其他部位严重的原因，尤其是它的上部结构。

根据上面的分析，可见在实际设计当中可以有几种简化方

法：(1)以面单元模拟楼梯板，进行精细的结构计算，显然这种方法比较精高些但是模型和计算麻烦，面单元的内力可作为楼梯设计的外力指标；(2)将楼梯简化为支撑构件的形式在模型中进行计算，这种方法也比较麻烦而且精度会差一些，但是提取内力方便；

(3)进一步简化，与传统设计方法一样，计算模型中以楼板替代楼梯，来传递内力，即忽略楼梯对整体结构的影响，此时若楼梯布置的对称性较好，整体指标的结果一般偏安全，通过提取楼板所传递的内力，作为楼梯结构的水平外力指标(尚需放大，要取典型部位进行分析)，但是对于楼梯布置不规则，会对结构动力特性产生很大影响的情况，此法不可。在抗震设计规范没有规定楼梯具体抗震设计分析和计算方法的时候，可以根据实际情况，应用上述思路进行设计，前提是要注重楼梯结构的概念设计。

新修订的GB50011-2001建筑抗震设计规范里面做了如下修改：“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。”这条比以前增加了“楼梯间的非承重墙体”内容，主要是增加对楼梯间墙体的抗震安全性要求，增强疏散通道抗震性，以此提高对生命的保护。

楼梯间应符合下列要求：(1)顶层楼梯间横墙和外墙应沿墙高每隔500mm设26通长钢筋；地震烈度为7度～9度时其他各层楼梯间墙体应在休息平台或楼层半高处设置60mm厚的钢筋混凝土带或配筋砖带，其砂浆强度等级不应低于M7.5，纵向钢筋

不应少于210。(2)楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于500mm，并应与圈梁连接。(3)装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接；不应采用墙中悬挑式踏步或踏步竖肋插入墙体的楼梯，不应采用无筋砖砌栏板。(4)凸出屋顶的楼、电梯间，构造柱应伸到顶部，并与顶部圈梁连接，内外墙交接处应沿墙高每隔500mm设26通长拉结钢筋。

建筑抗震设计规范说明里面这样解释：本条新增为强制性条文，楼梯间作为地震疏散通道，而且地震时受力比较复杂，容易造成破坏，故提高了砌体结构楼梯间的构造要求。

从公开的报道中看汶川地震中对某中学教学楼破坏，以往认为楼梯间是抗震的薄弱部位，可这个中学的教学楼在5.17汶川地震中的震害恰恰相反，楼梯间两侧的教室都倒塌了，而楼梯间却还矗立在那里或是破坏轻微。由此可见，大开间预制板砖混结构的震害是相当严重的，而楼梯间尽管没有楼板，可它是小开间，且楼梯都是现浇结构，抗震性能远大于大开间预制板的教室。因此，作为震时逃生通道的楼梯间，应尽量采用现浇钢筋混凝土，它整体性好，抗震效果明显。

参阅福建省建筑结构抗震设计暂行技术规定(征求意见稿)有如下的建议：砌体结构应采用以下措施：(1)楼梯间四角须设置构造柱，且应该加强四角的构造柱配筋。构造柱周边的墙体须采用马牙槎砌法，必须采用先砌墙后浇捣构造柱的施工方法。(2)砌体房屋楼梯间不宜设置在建筑物的两端头。由于楼梯间设置在建筑

的两端头，整体性差，震害严重，如不能避免，考虑到楼梯间无楼板、整体性差，楼梯间四角的构造柱应按能承受上部荷载、四周圈梁应按能承担本层荷载来设计，同样采用先砌墙后浇捣柱的施工方法。(3)楼层(屋面)标高处应设置钢筋混凝土圈梁。对于框架结构楼梯间两侧采用轻质砌体填充墙时，应设构造柱，间距不大于2m，水平构造连接筋竖向间距不大于1m，楼梯段不应嵌入填充墙内。在有条件的情况下应该把楼梯间的墙体做成混凝土剪力墙，并可以在楼梯间墙体上设置暗梁，加大楼梯梁的高度和配筋率。

三、楼梯抗震设

楼梯的结构形式主要是板式和梁式楼梯，在一些公共建筑中也用剪刀式和螺旋式楼梯。本文仅就一般常见的板式楼梯作分析。板式楼梯由楼梯板、平台板和平台梁组成。在框架结构中，支撑楼梯结构的框架柱由于休息平台的约束可能形成短柱，这些地方极有可能在地震中破坏。这是因为楼梯板具有类似斜撑的作用，造成楼梯间刚度很大，吸收了很大的水平力，而楼梯板及楼梯梁的截面通常较小，因此造成楼梯板及楼梯梁的破坏。对于楼梯板和平台板的破坏，由于楼梯间楼板开大洞削弱，可以加大休息平台和楼梯板厚度，并提高配筋率：采用双层双向配筋，或加配斜向钢筋等措施。支承楼梯段的平台梁应考虑楼梯段引起的推力和扭矩作用，加大高度和配筋，梯梁箍筋要加密。支承楼梯结构的框架柱由于平台板的约束可能形成短柱，应根据规范要求采