1、地震作用下楼梯构件(对结构整体)的影响分析摘要：对建筑物而言楼梯是建筑物最主要的竖向通道和逃生通道，其自身的重要性不言而喻。然而在历次地震中，在建筑主体结构完好的情况下，楼梯结构却遭到了很大的破坏，使其没有很好地履行到逃生通道的职责。因此加强楼梯和楼梯结构的概念设计和构造设计，进一步提高楼梯构件的抗震性能，才能更好的保障人们的生命财产安全。 关键词：建筑结构；楼梯结构；地震受力影响；分析 Abstract: for building stairs is building the main vertical channel and escape passage, its importance i
2、s self-evident. However, in all previous earthquake, in building main body structure in good condition, stair structure have been the most damage, make its no good performance to escape the responsibilities of the channel. Therefore strengthen the stair and stair structure of the concept design and
3、structure design, and to further improve the stair components seismic performance, can better safeguard peoples life and property safety. Keywords: building structure; Stair structure; The earthquake force influence; analysis 中图分类号：F407.9 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 引言 无论是在公共建筑还是民用建筑中，楼梯不仅是建筑物的重要组成
4、部分，也是唯一的逃生通道，尤其是在发生地震或火灾时。疏散时的人群使得大量的活荷载分布在楼梯间和梯段上，这些位置都是相对于其他建筑结构承受力比较薄弱的地方。如果此时楼梯破坏，将会延误逃生和救援时间，从而造成重大的伤亡。为了减少伤亡的发生，在对建筑进行规划设计时，应加强建筑物尤其是楼梯结构的抗震设计。 一 地震对建筑整体结构的影响 地震时，水平地面由于地震波的作用产生运动，并通过建筑物的基础影响到上部结构，使结构产生震动，这就是地震作用。主要包括位移、速度与加速度，其中加速度的惯性力可对建筑物产生很大的内力和变形。而地震波作用下的建筑产生的横向振动是破坏建筑物的主要因素。 二 楼梯对主体结构的影响
5、 楼梯对主体结构的影响主要表现在两个方面一是楼梯对竖向构件的影响；二是楼梯自身的传力。楼梯对主体结构的影响大小主要是取决于楼梯与结构主体的相对刚性比。如果主体结构自身刚度很大，整体性能好，楼梯刚度对于主体结构而言就很小，几乎可以忽略不计。但如果采用的是框架结构、装配式结构或砌体结构时，楼梯对主体的作用将不容忽视。当遇到较强的地震时，结构最先计入弹塑性状态，墙体开裂，刚度就会骤然下降，楼梯刚度在主体刚度中所占的比重就会增大，现浇梯板可视为刚性楼板，承担传递水平地震作用的重任，从而导致楼梯梯板拉裂、楼梯间短柱破坏最终导致主体破坏甚至坍塌。 与旧规范相比，新的建筑抗震设计规范GB50011-2010
6、 进一步明确了根据楼梯对主体抗震性能的影响大小来决定是否参与整体计算，并增加了以下规定：GB50011-2010 第 6.1.15 条第 2 款：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。 三 地震对楼梯结构的影响 楼梯的结构形式按施工方法可分为整体式和装配式；按结构受力状态可分为梁式、板式、剪刀式和螺旋式等楼梯形式，其中梁式、板式这两种形式属于平面结构体系，剪刀式和螺旋式属于空间结构体系。梁式楼梯和板式楼梯是目前建筑中最常见的楼梯形式
7、，但在酒店、宾馆等一些公共建筑中也采用了如螺旋、悬梁板式和剪刀式等特殊的楼梯形式。 （一）楼梯在地震中的受力情况及其分析： 地震时，地面在地震波的作用下产生运动，并通过建筑的结构基础直接影响到上部结构，从而使建筑结构产生竖向或水平的动态位移，这就是地震作用。楼梯在地震中的受力情况直接影响到逃生的可能性，楼梯不同部位所受到的地震内力不同，对楼梯造成的破坏也不一样。 1 楼梯斜板受力 地震作用下，楼梯斜坡处于非常复杂的受力状态，最先受到的是轴向力，其次是竖向受到剪力，另外受到压力时尚存在不可忽略的面内弯矩和扭矩。在地震波的作用下，楼梯梯段的下端易受力使钢筋弯曲屈服，严重时则会出现断裂。在目前的设计
8、中，板式楼梯的两端按照简支模型来计算，认为楼板在支座处无弯矩或者弯矩很小，负筋配置较少，并且通常选择在距支座 1/3 一 1/4 板跨度处截断负筋。在地震的往复作用下，楼板上下颠覆，中间位置处易出现负弯矩，在板上部未配置相应的受拉钢筋时，负筋的截断造成了梯段处受拉刚度的突变，断裂点恰好是截断点。 2 平台梁和平台板受力 楼梯休息平台梁普遍存在较大的轴力。其中尤其以直接支撑楼梯踏步的楼梯梁最为复杂，在往复的地震作用下，上下楼板相互错动，使其处在拉、弯、剪的复合受力状态下，而破坏往往就发生在平台梁的中间，如混凝土被压碎，钢筋笼扭曲变形等；而顺梯方向的楼梯梁,位于框架柱和踏步斜板之间，直接传递踏步斜
9、板的地震效应，处于受压状态，且轴力最大。因此，框架结构楼梯设计时，应充分的估计和考虑地震作用下楼梯平台梁的复杂受力状态，以后其实轴向内力。 3 楼梯平台梯柱受力 梯柱作为传递并承担水平平台板竖向荷载的受力构件，在框架结构的平台梁约束下，容易形成短柱，由于短柱的剪跨比较小，轴向压比较大，其延展性也比较差。在地震作用下，最靠近踏步斜板的短柱处于双向偏压（拉）受力状态，短柱节点处容易发生剪切破坏，从而导致 混凝土层发生剥落，钢筋扭曲变形。因此，框架结构楼梯设计时，应充分考虑靠近踏步斜板的短柱的地震作用效应。 4 楼梯间填充墙受力 由于框架结构中楼梯间的墙体是填充墙，具有较大的刚度。并且与框架连接以后
10、形成平面刚度很大的抗侧力构件；同时由于梯段板有斜向支撑的作用，使得框架结构的刚度分布不均，易造成楼梯构件的破坏。 (二)地震对楼梯结构抗震设计的影响 2.1 在结构设计中，尽量采用单元模拟梯段板，进行精细的结构计算，把单元模拟出来的内力作为计算的内力指标；对于一般的结构，把楼梯简化成支撑构件的形式在模型中进行计算。 建筑抗震设计规范GB50011-2010 第 3.6.6 条第 1 款：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。条文说明中进一步指出：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。 2.2 梯段
11、板需要加厚，受力钢筋采用双向布置，排列间距要紧密，尽量使用延性好的钢筋；平台梁应该加大梁的截面，箍筋按全长加密设置，使梁具有足够的抗剪能力。短柱宜提高一个抗震等级，采取符合井字箍筋或者在柱身内配置一定数量的斜向钢筋。 2.3 楼梯间周围作为荷载存在的非结构构件的计算中，应该采用合适的建筑材料，并且保证其与墙体可靠的连接。 2.4 砌体结构中，严格按照抗震规范布置拉结钢筋、构造柱、圈梁，保证在地震作用下结构的整体稳定性。 四、结论及建议 1.楼梯是建筑结构中不可或缺的重要系统。即使对于两跑楼梯这种传统上认为对于主体结构影响不大的楼梯结构体系，它对于框架结构的抗震性能也有不可忽略的影响。它的存在必
12、然增大了结构局部的抗侧刚度，减小了结构的自振周期。但是，楼梯的交通疏散功能决定了楼梯的平面布置不可能完全按照结构专业的需求进行布置。因此，我们对于楼梯系统的结构设计应该区分不同的情况辨证地采用不同的设计策略。 2.建议：楼梯构件应该均匀的、对称的分布，以此来减少结构的扭转效应；设计时应取楼梯构建参与计算和纯框架两种模型计算结果的最大值进行设计；由于楼梯斜撑效应的存在，楼梯构件相当于整个结构体系的防线，结构设计时，应充分考虑到楼梯构件的复杂受力情况，尤其是地震作用下的复杂受力情况，并增加其相应的加强言行构造措施。 参考文献 1混凝土结构设计规范GB50010-2010 2建筑抗震设计规范GB50011-2010 3 杨俊 黄维，地震过程中楼梯震害分析及对设计的建议J,低温建筑技术,2010 年 11 期 4 张竹庭 高吉龙，地震作用下楼梯构件刚度对框架结构的影响分析J,江苏建筑,2010 年 04 期 5 唐述辉;侯晓伟;文勇杰;浅谈地震中的楼梯的震害J,四川建材,2011（02）
