楼梯对结构抗震设计的影响分析

楼梯对结构抗震设计的影响分析
发表时间：2016-11-03T15:36:24.630Z 来源：《基层建设》2015年11期作者：许韵健[导读] 摘要：根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6．1．4条条文说明：2008年汶川地震震害进一步表明，框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。

本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。

抗震设计时，楼梯间为主要疏散通道，其结构应有足够的抗倒塌能力，楼梯应作为结构构件进行设计。

广东省建科建筑设计院
摘要：根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6．1．4条条文说明：2008年汶川地震震害进一步表明，框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。

本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。

抗震设计时，楼梯间为主要疏散通道，其结构应有足够的抗倒塌能力，楼梯应作为结构构件进行设计。

本文就楼梯对结构抗震设计方面的影响展开了简要的分析。

关键词：楼梯；斜撑；结构整体刚度；稳定；抗扭
一、楼梯在结构抗震中的重要性
楼梯本来能起到为受灾群众提供重要垂直疏散道路的作用，它的应用是最为普遍的救生通道，在地震到来时担当着非常重要的角色。

但是，经过许多的专家学者们亲赴灾区进行了大量的震害调查及分析研究，发现地震灾害到来之际，楼梯并未发挥其所应有的作用，反而是人员伤亡较重的地方之一。

所以建筑物结构要留有一定的安全储备，这样建筑物就需要存在不易严重破坏的区域（如楼梯间）。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6．1．4条条文说明：2008年汶川地震震害进一步表明，框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。

本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。

抗震设计时，楼梯间为主要疏散通道，其结构应有足够的抗倒塌能力，楼梯应作为结构构件进行设计。

框架结构中楼梯构件的组合内力设计值应包括与地震作用效应的组合，楼梯梁、柱的抗震等级应与框架结构本身相同。

因此，为了保证楼梯在强烈地震作用下能够正常工作，能形成应急疏散的安全通道，在进行结构设计时，不仅仅需要保持楼梯结构的整体抗震性能，还需要保证楼梯的一些非结构构件的脱落不会致使楼梯堵塞。

保证楼梯的整体结构性能，是我们每一个结构设计工作人员必须认真对待和思考的一个问题。

二、楼梯对结构设计计算的影响
根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3．6．6．1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。

首先应以上条文要求，通过一框架结构在PKPM模型分别录入下列四种状况，进行计算，再对比一下这四种状况下楼梯对结构整体刚度的影响：
状况一：有楼梯，梯间板厚为0。

状况二：有楼梯，梯间开洞。

状况三：没加楼梯，梯间开洞。

状况四：没加楼梯，梯间板厚为0。

以上四种状况都有考虑到相应的荷载录入方式。

经过计算比较看出，当模型中录入楼梯，即是状况一与状况二，位移角都比较大，但整层剪重比却可以比不输入楼梯的情况下要高很多。

所以建议在结构计算中，加入楼梯计算是很有必要的。

其次根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3．6．6条条文说明：2008年局部修订，注意到地震中楼梯的梯板具有斜撑的受力状态，增加了楼梯构件的计算要求：针对具体结构的不同，“考虑”的结果，楼梯构件的可能影响很大或不大，然后区别对待，楼梯构件自身应计算抗震，但并不要求一律参与整体结构的计算。

框架结构抗侧刚度较小，楼梯对框架结构具有明显的斜撑作用，其刚度对结构的刚度影响较大。

剪力墙结构抗侧刚度较大，楼梯对剪力墙的刚度影响较小。

所以一般情况下，在计算框架结构时会录入楼梯，而计算剪力墙结构时不录入楼梯。

不过个人认为，楼梯间在实际情况中的刚度和其截面尺寸有关系，楼梯所吸收的地震力大小和结构整体刚度及结构平面布置有关系。

所以结构模型中录入楼梯与否，也应该结合建筑结构的实际具体情况来进行具体分析判断。

再次根据GB50011-2010第3．6．6条条文说明：本条规定主要依据《建筑工程设计文件编制深度规定》，要求使用计算机进行结构抗震分析时，应对软件的功能有切实的了解，计算模型的选取必须符合结构的实际工作情况，计算软件的技术条件应符合本规范及有关标准的规定，设计时对所有计算结果应进行判别，确认其合理有效后方可在设计中应用。

在新的抗震规范要求及经验教训下，自PKPM08版开始给出了结构计算中考虑楼梯影响的解决方案：在PMCAD的模型输入中输入楼梯，可在四边形房间输入二跑或对折的三跑、四跑楼梯，模型输入退出时可由用户选择是否将楼梯转化为折梁到模型中，如用户选择此项，则程序将已建好的模型拷入工作子目录下的lt子目录，在此目录模型下，楼梯参与整体结构模型计算。

但是，PKPM目前对楼梯参与整体结构模型计算方面的解决办法还不够完善。

它所提供设计人员选择的楼梯形式种类不多，各种的限制，虽然能体现在框架结构楼梯间建入计算影响确实很大，但有时反而觉得有些失真。

本人为解决这个问题，一般做法是将楼梯转化为宽扁梁及斜撑按实际传力形式录入结构模型中，把楼梯的下端做成铰接，这样楼梯在地震时不分担弯矩，不易破坏；但又考虑了楼梯斜向支撑对整体结构的贡献。

还有应该分析实际楼梯的传力形式，来适当加强周边主体结构，采取例如框架柱箍筋加密，楼面梁箍筋加密及设置抗扭腰筋等措施。

三、建筑结构中楼梯的抗震设计措施
楼梯是没有完整支撑的结构，一般情况下，只有它的两端被楼面梁或者楼面板及梯梁支撑，靠墙的一侧没有支撑结构。

还有楼梯间的横墙较高，侧向刚度较大，梯段平台与楼面层存在错层。

所以楼梯在地震时最容易出现连带性的倒塌。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6．1．4条：抗震设计时，框架结构的楼梯间应符合下列规定：
1 楼梯间的布置应尽量减小其造成的结构平面不规则。

2 宜采用现浇钢筋混凝土楼梯，楼梯结构应有足够的抗倒塌能力。

3 宜采取措施减小楼梯对主体结构的影响。

4 当钢筋混凝土楼梯与主体结构整体连接时，应考虑楼梯对地震作用及其效应的影响，并应对楼梯构件进行抗震承载力验算。

及其条文说明：2008年汶川地震震害进一步表明，框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。

本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。

抗震设计时，楼梯间为主要疏散通道，其结构应有足够的抗倒塌能力，楼梯应作为结构构件进行设计。

框架结构中楼梯构件的组合内力设计值应包括与地震作用效应的组合，楼梯梁、柱的抗震等级应与框架结构本身相同。

（1）楼梯与主体结构有效连接
加强楼梯及周边构件，遵循《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第3.6条防连续倒塌设计原则，楼梯应加强构造措施，纵向钢筋宜采用双排配筋通长设置（见图1）。

并应采取有效的连接、锚固措施，将整个结构连系成一个整体，是提供结构整体稳定性的有效方法之一。

图1楼梯抗震构造一
（2）梯梁、梯柱
楼梯录入结构计算模型计算，除了考虑楼梯刚度及传力形式对主体结构的影响，还应考虑楼梯构件即梯梁、梯柱在计算模型中吸收的地震力所带来的影响。

不能盲目地将楼梯整体抽出，用其他计算软件在脱离主体结构及考虑地震力的情况下进行设计计算配筋。

梯梁、梯柱（按斜撑录入）应满足主体模型的计算指标要求。

但是，在实际设计中，通常为了满足建筑需要，梯梁、梯柱的截面宽度一般取楼梯间砌体填充墙宽度。

楼梯梁除受竖向作用外，在梯板段斜向作用下，还承受相当大的扭矩，加大截面高度对提高梯梁抗扭能力非常必要的。

并且地震中有发生楼梯板锚固长度不够、钢筋抽出的现象，所以也应加宽及加强梯段楼面梁。

再且，根据遵循防连续倒塌设计原则及强柱弱梁原则，加强及增大梯柱截面也是相当必要的。

（3）梯房
梯房在主体结构特别是高层建筑顶部，在地震力或风荷载作用下，设计应考虑鞭梢效应。

所以梯房也应录入主体结构模型计算，及加强其抗震构造措施。

参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010。