淺談樓梯設計對建筑抗震的影響

西部建筑抗震勘察設計研究院

薛斌

    樓梯作為重要的疏散工具，它的重要性我們每個人都深有體會，在抗震防災中更是起著舉足重輕的作用。從歷次大地震損壞的房屋來看，其中一個關注點是樓梯構件的破壞，影響了逃生通道安全，造成人員傷亡。因此，建筑結構在抗震設計時應該充分認識樓梯設計的重要性。根據2008年汶川地震震害的相關報告，樓梯對結構安全以及疏散時人身安全的意義非常重大。因而，作為結構設計人員，我們有必要認真研讀規范的有關要求，結合目前常用軟件的實際使用情況，認真對待抗震設計時的樓梯設計。

1、現行規范的有關規定

    《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第3.6.6條明確提出：計算模型的建立、必要的簡化計算與處理，應符合結構的實際工作狀況，計算中應考慮樓梯構件的影響。

    《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第6.1.8條針對框架-抗震墻結構和板柱-抗震墻結構中的抗震墻設置，提出宜符合下列要求：樓梯間宜設置抗震墻，但不宜造成較大的扭轉效應。

    《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第6.1.15條對樓梯設計做了具體規定：（1） 宜采用現澆鋼筋混凝土樓梯。（2）對于框架結構，樓梯間的布置不應導致結構平面特別不規則；樓梯構件與主體結構整體現澆時，應計入樓梯構件對地震作用及其效應的影響，應進行樓梯構件抗震承載力驗算；宜采取構造措施，減少樓梯構件對主體結構剛度的影響。（3） 樓梯間兩側填充墻與柱之間應加強拉結。

    《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第13.3.4條針對鋼筋混凝土結構中的砌體填充墻，提出應符合下列要求：樓梯間和人流通道的圍護墻，尚應采用鋼絲網砂漿面層加強。  

    《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3—2010）中相關條款：第6.1.4、6.1.5、8.1.7條提出了與《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）基本相同的要求，而6.1.5條第4款針對樓梯間的砌體填充墻作了更為細致的要求：樓梯間采用砌體填充墻時，應設置間距不大于層高且不大于4m的鋼筋混凝土構造柱，并應采用鋼絲網砂漿面層加強。

    以上涉及到的兩本規范都是2008汶川大地震以后逐步修訂的，規范修訂的一個重點就是針對建筑結構的抗震設計，而從以上關于樓梯設計的條文可以看出，建筑抗震設計時樓梯設計應當受到設計師們的高度重視。

2、樓梯與結構主體的關系

    地震中樓梯的梯板具有斜撐的受力狀態，由于梯板傳力，豎向構件往往會出現短柱或錯層。

    理論研究及一些震害調查表明，樓梯對主體結構的影響大小，宏觀上主要取決于樓梯與主體結構的相對剛度比。如抗震墻結構，框架-抗震墻結構，由于結構主體的抗側剛度相對樓梯間較大，樓梯對主體影響就很小，有時可以忽略不計； 而當采用框架結構，裝配式結構，砌體結構的時候，樓梯對其主體的影響就不容小視了，在多遇地震作用下，結構基本是處于彈性工作狀態，剛度尚未退化，樓梯剛度在主體結構中依舊可以認為不大，而在超烈度及罕遇地震的時候，結構一般進入彈塑性狀態，墻體開裂，剛度驟然降低，現澆梯板可視為剛性樓板，斜撐的受力狀態明顯，從而導致樓梯梯板拉裂或樓梯間豎向構件破壞，失去疏散功能，甚至主體坍塌。

    國家規范明確提出，進行結構抗震分析時，應考慮樓梯構件的影響。規范允許根據不同的具體結構，判斷樓梯構件對整體的可能影響很大或不大，然后區別對待，并不要求一律參與整體結構的計算，但樓梯構件自身應計算抗震。現行規范對鋼筋混凝土結構樓梯間抗震設計的基本要求可歸納為：1）是否參與整體抗震計算，視情況而定；2）樓梯構件應進行抗震設計計算；加強樓梯間填充墻與主體結構的拉結。

    由于地震動的不確定性、地震的破壞作用、結構地震破壞機理的復雜性，以及結構計算模型的各種假定與實際情況的差異，迄今為止，依據所規定的地震作用進行結構抗震驗算，結果還是一種比較粗略的估計。然而，從工程的震害看，這樣的抗震驗算是有成效的。

3、一些措施和建議

    考慮樓梯對主體結構的影響，采取相應的設計措施:

    1）采用下圖兩種做法，a休息平臺與主體結構抗側構件脫開；b在梯板底端設滑動支座，兩種做法釋放主體抗側構件對樓梯梯板的約束，減小樓梯對主體結構的影響。如下圖：

    2）對框架結構，砌體結構，結構計算中應注意考慮樓梯對主體結構的影響和主體結構對樓梯的影響，采用包絡設計的方法。基于現行規范，在對結構進行規則性判斷和位移計算時，可不計樓梯的影響。而構件設計則需要考慮樓梯的作用，按計入和不計入樓梯分兩種情況進行設計。

    3）對主體結構剛度很大，整體性較好的結構，如抗震墻結構、框架-抗震墻結構等，一般不考慮樓梯的影響，不過在結構平面布置時，應重視樓梯間周圍的豎向構件，類似于電梯井，盡量使抗震墻位置合理，這樣，既可以使樓梯對主體結構的影響減小，同時也保護了樓梯構件。

    4）對抗震建筑中的樓梯設計應該把握以下兩點：一，樓梯結構對主體結構的抗震能力影響很大，樓梯的梯板作為傳遞水平地震左右的重要構件，往往對主體結構的墻柱產生重大的影響，使得結構柱變成短柱或錯層柱，因此，在結構分析時應予以充分的重視；二，樓梯的梯板與普通的樓板一樣傳遞水平地震作用，需對梯板予以適當的加強。

4、結束語

    綜上所述，不管是對規范理解出發，還是結合工程實際，樓梯設計對建筑抗震的影響應當被廣大設計師高度重視。目前來看，各種軟件的樓梯參與建筑抗震計算情況并不夠理想，不能過分依賴。設計可在比較合理的基礎上利用計算軟件，不拘泥于細節，不追求過高的計算精度，強調按概念設計進行各種調整。讓樓梯參與建筑抗震計算和加強抗震措施，使得樓梯對建筑抗震的影響降到最低，從而讓建筑結構設計更為合理。

參考文獻：

1.《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）. 中國建筑工業出版社

2.《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3—2010）. 中國建筑工業出版社

3.《建筑抗震設計規范應用與分析》.中國建筑工業出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)