框架結(jié)構(gòu)樓梯設(shè)計(jì)要注意哪些問題？

1、樓梯在地震中的震害及討論

　　在地震發(fā)生時(shí)，樓梯往往被看成是人們逃生的通道，但在2008年“5?6?112”汶川大地震發(fā)生時(shí)，由于設(shè)計(jì)和施工問題，有些建筑物只是整體上輕微受損，但是樓梯受損比較嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)倒塌，一些逃生者因此喪失了生命。

　　第14屆世界地震工程大會(huì)汶川地震專場(chǎng)討論中，中國(guó)建筑工程學(xué)院工程抗震研究所原所長(zhǎng)王亞勇指出，經(jīng)過實(shí)地震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樓梯間抗震性能不合格的現(xiàn)象表現(xiàn)得較為突出。震后，筆者跟隨成都市抗震鑒定組對(duì)都江堰災(zāi)后房屋進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)：砌體結(jié)構(gòu)樓梯間四角，梯梁下無構(gòu)造柱等情況相當(dāng)普遍，樓梯構(gòu)造柱鋼筋壓屈現(xiàn)象嚴(yán)重(如：都江堰岷江電力宿舍);部份框架結(jié)構(gòu)梯板剪斷，框架柱箍筋外露，整個(gè)樓梯壓碎(如：都江堰水電十局醫(yī)院)。為此，許多專家認(rèn)為樓梯在嚴(yán)格按照規(guī)范的前提下，考慮一定的概念設(shè)計(jì)是有必要的。

　　所謂概念設(shè)計(jì),一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,尤其在一些難以作出精確分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系,結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理,震害,試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制，以力求消除薄弱環(huán)節(jié)，從概念上解決結(jié)構(gòu)的抗震性能。

　　2、樓梯概念設(shè)計(jì)的理論分析

　　樓梯是樓層間的垂直交通樞紐，是樓房的重要構(gòu)件。樓梯在建筑物中是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，這種復(fù)雜的,非彈性性質(zhì)的、材料的時(shí)效、阻尼變化等多種因素，在實(shí)際計(jì)算中存在著不準(zhǔn)確性。故在建筑抗震理論遠(yuǎn)未達(dá)到很科學(xué)嚴(yán)密的情況下，單靠理論計(jì)算很難使樓梯具有良好的抗震能力，因而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中我們多了許多概念，假定與簡(jiǎn)化。即樓梯不宜放在建筑物的角部和邊部，以便于荷載的傳遞;同時(shí)減少水平地震力作用下空間扭轉(zhuǎn)作用的影響。實(shí)際上踏步和平臺(tái)梁是整體連接，計(jì)算時(shí)需要在支座處加構(gòu)造負(fù)筋;以往在建筑工程中負(fù)筋一端勾進(jìn)樓梯梁，另一端伸進(jìn)樓梯板四分之一的踏步板跨度。但通過實(shí)際工程震害發(fā)現(xiàn)，在梯板四分之一處梯板斷裂或梯板混凝土剝落。因此我們建議將梯板負(fù)鋼筋拉通配置，并且負(fù)筋伸入梯板內(nèi)長(zhǎng)度≥lae(見圖2)。

　　再次，樓梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹桿效應(yīng)，將產(chǎn)生較大的拉壓力。樓梯板由原先我們只考慮豎向力時(shí)的受彎構(gòu)件，轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄瓑簭潯睒?gòu)件，加強(qiáng)了樓梯處的局部抗側(cè)剛度;結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而又使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。這樣硬對(duì)硬的措施不僅增加造價(jià)成本，同時(shí)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下的建筑市場(chǎng)不相符合。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須和建筑使用，人的安全性，經(jīng)濟(jì)性等多種社會(huì)性質(zhì)結(jié)合起來考慮才行。那么我們?yōu)槭裁床环催^來想一下，如果在能夠保證足夠的強(qiáng)度、剛度的情況下，適當(dāng)降低作用效應(yīng)了。

　　3、樓梯概念設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

　　樓梯參與整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，抗側(cè)剛度大，地震力大，地震力絕大部分都由樓梯梁下面的梯柱和樓梯四周的框架柱承擔(dān)，同時(shí)梯梁，梯板與梯柱，框架柱為現(xiàn)澆，這樣框架柱就很容易形成短柱，再次放大地震效應(yīng)，對(duì)樓梯極為不利。為此，我們將休息平臺(tái)板與框架柱之間分離開，預(yù)留≥5cm空隙;主體完工后，平臺(tái)用柔性材料進(jìn)行嵌縫，不影響平臺(tái)的正常使用功能;同樣道理，梯梁與框架柱之間脫離開，梯梁端部與梯平臺(tái)，梯柱澆筑在一起，梯柱離框架柱一定的距離(以建筑的休息平臺(tái)尺寸和結(jié)構(gòu)梯梁實(shí)際位置而定)，但現(xiàn)澆板離框架柱距離不宜小于5cm(見圖1)。這樣在概念上避免了由于梯梁，梯板，框架柱之間由于現(xiàn)澆而產(chǎn)生的短柱，降低了框架柱分擔(dān)的地震剪力，保護(hù)了樓梯的安全。

　　降低地震作用效應(yīng)的另外一點(diǎn)是在底層樓梯踏步處安裝一個(gè)近似消震的裝置，并在地梁與踏步交接處放置一層油氈(或者柔性材料)，在地梁混凝土澆筑前，將一個(gè)50x100的泡沫安放在地梁內(nèi)，一排直徑為8(間距200)的鋼筋穿過泡沫錨入地梁(見圖2)。地震來時(shí)梯板滑移，鋼筋屈服，消耗能量。經(jīng)過上述方法處理樓梯后，樓梯變形增加，柔性更大。在水平地震力作用下樓梯參與結(jié)構(gòu)整體受力變小，樓梯更安全，結(jié)構(gòu)更合理。