教育建筑的楼梯结构抗震设计

教育建筑的楼梯结构抗震设计

1.前言汶川地震震害表明，多层框架结构（特别是幼儿园、中

小学建筑）的楼梯间遭受了严重的破坏，这是人员未能及时安全撤离，造成重大人员伤亡的主要原因之一。有些楼梯因梯梁扭转破坏，有些因梯柱剪切破坏，而有些楼梯是多种应力作用下破坏的，因此平台梁、平台板和梯板仍然按简支梁（半嵌固）受弯构件设计以及梯柱按轴心受压构件设计是不安全的，不考虑楼梯间构件对主体结构的影响是不合理的，甚至会导致安全事故。

此后也从2008 版第3.6.6 第一条“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。”条文说明中指出：“考虑到楼梯的梯板等具有斜撑的受力状态，对结构的整体刚度有较明显的影响，建议在结构计算中予以适当考虑。”到2010 年新抗规GB50011-2010，新增6.1.15 条规定，楼梯间应符合下列要求：

1宜采用现浇钢筋混凝土楼梯。

2对于框架结构，楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规

则；楼梯构件与主体结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响，应进行楼梯构件的抗震承载力验算；宜采取构造措施，减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。

3楼梯间两侧填充墙与柱之间应加强拉结。

笔者在数年的工作经历多次独立或参加幼儿园、中小学建筑结

构设计，特别是在上海，随着城市化进程的推进，大量保障房、经适房、动迁安置房的建设，中小学、幼儿园作为新兴社区重要的配套公共建筑也大量建设，如何能确保这些建筑具有足够的安全性和地震时作为疏散通道作用的楼梯间的抗震性能也是广大结构设计人员面临的重大问题。

2.楼梯对整体计算结果的影响

本文通过比较在房间) 的计算结果( 百分比数值均已简化模型计算结果为基准) 。模型为一个框架结构，抗震设防烈度7(0.1g) 度，I 类场地，四个楼梯间。

表2.1 周期

表2.2 基底剪力

表2.3 Y 向地震内力标准值从周期的计算结果看，楼梯参与计算对框架结构影响较大，不仅使振动周期发生了变化，而且还改变了振动方向。其主要原因是楼梯构件为倾斜的梁和板，大大增加了结构的抗侧刚度，从而影响了整个结构的振动周期，造成结构扭转周期与平动周期的比例不能满足要求时，应对结构的布置进行调整，以使结构的刚度中心和质量中心均衡，如布置抗侧力构件，或增加剪力墙。

从地震力计算结果看，楼板轴力不可忽略。在地震的反复作用下，梯板交替成为拉弯、压弯构件，我们通常的按平板设计的方法可能没有涵盖梯板的最不利受力状态，可能存在安全隐患。

由于楼梯可看成斜向抗侧力构件，影响了较大的地震剪力，在框架

结构中，对结构构件的内力影响比较明显。楼梯周边构件的内力增加，而其他构件的内力减少。在结构设计中，应该考虑楼梯构件的影响，以保证楼梯间周边能承担楼梯构件吸引的内力。同时，由于楼梯周边的柱剪力的变化，需要考虑其他柱剪力减少后占总地震剪力的比例的影响，即考虑其他柱是否承担足够的基底剪力的20%，满足规范的要求。

模型计算及震害调查表明，楼梯对主体结构的影响，取决于楼梯与主体结构的相对刚度之比。楼梯对主体结构影响的程度取决于主体结构的结构体系。中小学建筑结构由于其功能需要，一般为框架结构，填充墙为轻质材料，所以主体结构的刚度越小、整体性越差，楼梯对主体结构的影响也就越大。在多遇地震作用下，由于结构基本处于弹性工作状态，填充墙开裂程度较低，刚度退化不严重，楼梯刚度在主体结构刚度中的比值很小，楼梯对主体结构的影响不大。而在设防烈度地震及罕遇地震作用下，结构进入弹塑性状态，填充墙开裂严重，刚度急剧降低，楼梯刚度在主体刚度中的比值逐步加大，楼梯对主体结构的影响也随之加大。现浇梯板起局部刚性楼板的作用，传递水平地震剪力，导致梯板拉裂，框架柱形成短柱及错层柱而破坏。

3.概念设计及构造措施因此在楼梯构件受力概念设计时应准确把握，另外还应采取合理的构造措施。GB50011-2010,13.3.4 楼梯间和人流通道的填充墙除应按普通砌体填充墙沿柱高，加强与框架柱的拉结，墙顶与梁或者楼板宜有拉结，还应采用钢丝网砂浆面层加强。

对于框架结构，楼梯构件与主体结构整浇时，梯板起到斜支撑的作用，对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大，应参与抗震计算；当采取措施，如梯板滑动支承于平台板，楼梯构件对结构刚度等的影响较小，是否参与整体抗震计算差别不大。对于楼梯间设置刚度足够大的抗震墙的结构，楼梯构件对结构刚度的影响较小，也可不参与整体抗震计算。

在新的平法图集11G101 -2 （现浇混凝土板式楼梯）也新增了三种楼梯类型以适应新规范关于框架结构楼梯与主体结构计算的参与关系。

表3.1 楼梯类型

注：I.ATa低端设滑动支座支承在梯梁上；ATb低端设滑动

支座支承在梯梁的挑板上。

2.ATa、ATb ATc均用于抗震设计，设计者应指定楼梯的抗震等级。

ATa ATb型梯板采用双层双向配筋。梯梁支承在梯柱上时，其构造做法按11G101-1中框架梁KL;支承在梁上时，其构造做法按

11G101-1中非框架梁L。滑动支座做法分1）预埋钢板；2）设聚四氟乙烯垫板，由设计指定。

ATc型梯板板厚按计算确定，且不宜小于140mm梯板采用

双层配筋。梯板两侧设置边缘构件（暗梁），边缘构件的宽度取

1.5 倍板厚；平台板按双层双向配筋。

同时，上海市建筑业管理办公室也在2012 年5 月8 号发了

《关于本市建设工程钢筋混凝土结构楼梯间抗震设计的指导意见》（指导意见），内容也是在概念设计和构造措施上加以详细规定。如一，四角宜设竖向抗侧力构件；二，在楼梯间周边设置抗震墙，其中沿梯板方向的墙肢总长不宜小于楼梯间相应边长的50%角部墙肢截面宜采用“ L”形；三，框架结构的梯板设计为滑动支承于平台梁（板）上，减小对楼梯构件对结构刚度的影响；四，符合上述第二或第三条规定的钢筋混凝土结构，其整体内力分析的计算模型可不考虑楼梯构件的影响；五，对不符合上述第二或第三条规定的钢筋混凝土结构，其整体内力分析的计算模型应考虑楼梯构件的影响，并宜与不计楼梯构件影响的计算模型进行比较，按最不利内力进行配筋；六，楼梯间的框架梁、柱（包括楼梯梁、柱）的抗震等级应比其他部位同类构件提高一级（楼梯构件参与整体内力分析时，地震内力可不调整），并宜适当加大截面尺寸和配筋率。七，梯梁、梯柱、梯板截面尺寸、配筋要求。

4.小结

由于楼梯刚度的复杂性，笔者还是主张在目前国内主流设计软件无法实现实际楼梯模型的前提下，从构造上加强。以上楼梯类型均是在构造措施上对梯板、梯梁、梯柱进行加强，提高梯板在地震反复作用下拉弯、压弯状态的抗震性能，避免形成短柱和平台梁板的脱离，以及平台梁的剪扭破坏。上海的《指导意见》着重在构造上加强楼梯结构，特别是楼梯框架部分，上海地区，幼儿园、中小学建筑属于乙类建筑，二级抗震，根据《指导意见》楼梯四边的柱和梁抗