楼梯抗震设计问题

(2011-10-18 14:38:02)

本文根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第 3.6.6条、第6.1.15条及《建筑抗震设计规范GB50011-2010统一培训教材》、国家标准图集11G101-2以及朱炳寅《建筑抗震设计规范应用与分析GB50011-2010》综合整理而成，以备审核时查阅。

一、楼梯抗震设计原则：

    《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。楼梯构件自身应计算抗震，但并不要求一律参加整体结构的计算。

    这条规定是从汶川地震后，2008年修订版增加的要求，新抗规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。条文说明中进一步指出：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。

    结合新抗规培训教材和新出的国家标准图集11G101-2，可以归纳出：

1、楼梯与主体结构整浇的框架结构（包括梯间四周未用剪力墙和连梁围合的框-剪结构）：

(1)楼梯布置应避免特别不规则，楼梯应参与整体抗震计算；

(2)楼梯构件应进行抗震承载力验算，并与正常使用荷载基本组合进行包络设计；

(3)楼梯构件应采取如下抗震构造措施：

    ①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率，底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固；

    ②梯板按斜支撑构件设计，板厚不宜小于140mm，不应小于120mm【参照GB50010-2010第9.4.1、9.4.5条】；

    ③梯板两侧设置纵向暗梁，暗梁纵筋一、二级不少于6 12，三、四级不少于4 12，箍筋不小于φ6＠200【图集11G101-2第8页】；

    ④梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6＠600的拉筋；分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第44页】。

2、楼梯滑动支承于平台板的框架结构：

(1)楼梯可不参与整体抗震计算；

(2)楼梯构件按正常使用荷载基本组合进行承载力计算；

(3)楼梯构件采取如下抗震构造措施：

    ①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率，底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固；

    ②梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6＠600的拉筋；分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第40、42页】；

    ③梯梁加强抗剪抗扭构造，箍筋不小于φ8＠150，腰筋不小于N2 14；梯柱截面不小于墙厚×300，砼标号不低于C25，纵筋不小于4 14，箍筋不小于φ8＠100；梯间框架柱（剪力墙端柱）配筋增大10~20%，箍筋加密。

3、剪力墙结构、筒体结构以及梯间四周用剪力墙和连梁围合的框-剪结构：

(1)楼梯可不参与整体抗震计算；

(2)楼梯构件按正常使用荷载基本组合进行承载力计算；

(3)楼梯构件采取如下抗震构造措施：

    ①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率【朱文建议不小于0.1%】，底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固【见第三条】；

    ②梯板厚h＜150时分布筋末端可不弯钩；h≥150时分布筋弯直钩伸至对边【GB

50010-2010第9.1.10条】，梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6＠600的拉筋；

    ③梯梁加强抗剪抗扭构造，箍筋不小于φ8＠150，腰筋不小于N2 14；梯柱截面不小于墙厚×300，砼标号不低于C25，纵筋不小于4 14，箍筋不小于φ8＠100；梯间框架柱（剪力墙端柱）配筋增大10~20%，箍筋加密。

二、楼梯构件抗震承载力验算要求【培训教材第110页】：

1.与楼梯构件相连的框架柱、框架梁，应计入楼梯构件附加的地震内力（尤其是轴力和剪力）；

2.与楼梯构件不相连的框架柱、框架梁，可按不计入楼梯构件的情况设计；

3.梯板应计入地震轴力和面内弯矩的影响，按偏心受拉、偏心受压构件计算，按双层配筋设计；

4.连接梯板和框架的休息平台梁应计入地震轴力影响，按压弯或拉弯构件设计；支承梯板的平台梁应按拉弯剪构件设计；

5.支承平台梁的梯柱应取平台梁的轴向力作为剪力进行设计。

三、Deer尚存疑惑的问题：

1、11G101-2图集中，AT~HT型楼梯不参与整体计算，不采取抗震构造措施，梯板面筋的锚固分为铰接、固接两种情况，底筋均按普通楼板（非抗震构件）锚固5d且伸过支座中线，问题在于：对于抗震墙结构和楼梯周围有抗震墙（或抗震墙和连梁）围合的框架-抗震墙结构，梯板的底、面纵筋在支座的锚固长度是否需要考虑充分利用钢筋抗拉强度（以保证梯板遭受地震作用时不脱落）？

——朱炳寅 2011-10-20 10:48:09 答复：

作为抗震构件，应该有足够的锚固。

2、11G101-2图集中，采取了抗震构造措施的楼梯类型仅有ATa、ATb、ATc三种，均为两道梯梁之间的梯板全部为踏步段的A形楼梯，问题在于：框架结构中是否还能采用包含平台段的楼梯形式？当两道梯梁之间的梯板由踏步段和平台段组成，应该如何考虑楼梯对主体结构的影响，即梯板按斜撑（抗震构件）设计还是按折板（非抗震构件）设计？

——朱炳寅 2011-10-20 10:49:53 答复：

情况是相似的，只不过是斜撑的形状不同而已。

楼梯设计的一些体会

RSS 打印 复制链接 大 中 小 发布时间：2014-02-18 18:46:57

 关于楼梯的设计，一直以来，论坛上不断有帖子提出各种问题。现就个人的体会，贴出来供各位网友参考，并欢迎批评指正。

    先看看规范的相关条文及说明：

抗震规范：

3.6.6 利用计算机进行结构抗震分析，应符合下列要求：

1 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：

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。

6.1.15 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刚度的影响。

3 楼梯间两侧填充墙与柱之间应加强拉结。

条文说明：

    本条是新增的。发生强烈地震时，楼梯是重要的紧急逃生竖向通道，楼梯间（包括楼梯板）的破坏会延误人员撤离及救援工作，从而造成严重伤亡，本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。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，楼梯构件对于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。

高规：

6.1.4 抗震设计时，框架结构的楼梯间应符合下列要求：

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 宜采取构造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。

  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地震作用效应的组合，楼梯梁、柱的抗震等级应与所在的框架结构相同。

    框架结构中，钢筋混凝土楼梯自身的刚度对结构地震作用和地震反应有着较大的影响。若楼梯布置不当会造成结构平面不规则，抗震设计时应尽量避免出现这种情况。

震害调查中发现框架结构中的楼梯板破坏严重，被拉断的情况非常普遍，因此应进行抗震设计，并加强构造措施，宜采取双排配筋。

规范透露的信息：

1.红色字体表明，并不是楼梯都要参与整体计算，但楼梯本身要按抗震构件进行设计。这是整体和局部的区别；

2.蓝色字体指出需要或者不需要进行抗震整体计算的类型；

3.紫色字体给出的的是楼梯的抗震措施，注意高规明确提出楼梯抗震等级与框架结构相同。

再看看论坛上视为“圣经”的朱炳寅所著的《建筑抗震设计规范应用与分析》及《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》中的说法

文中说法与规范是一致的，但抗震构造措施更为明确，比如梯板配筋率、梯梁梯柱的要求等等，可供设计参考。

再来讨论一下楼梯采用滑动支座设计时的几个问题：

1.抗震等级的问题：

虽然高规条文说明里明确了楼梯的抗震等级同框架，但有一种观点认为，那是针对与主体结构整浇在一起，没有采用滑动支座设计的楼梯。楼梯采用了滑动支座，其受到地震影响相对主体来说要小，因此抗震等级应降低。如对楼梯滑动支座研究较多的西南院就提出：6度为4级；7~8度为3级。这种提法有一定道理，但鉴于目前各地施工图审查的要求及水平并不一致，稳妥的办法还是按照规范的要求执行。

2.滑动梯板的滑动端由于水平力产生的竖向支撑力问题

采用滑动支座的楼梯，梯板的斜撑作用对框架主体的影响被释放，但影响并未完全消除，体现在水平地震作用下，梯板会受到支撑力（想象一下，地震水平力作用下，滑动的梯段板会“顶”平台板）。这个作用力设计时不应忽视。西南院给出的参考：7度按12kN/m；8度按25kN/m；9度按50kN/m考虑。

3.振动台试验

采用滑动支座的楼梯在振动台试验的一段时间内出现梯板与滑动端分离的现象（即梯段板表现为悬挑板）。相关试验成果在近期《建筑结构学报》上会有刊出。梯段板非滑动端由于配了一定的上部钢筋，出现这样的情况也是正常的；另外由于振动台试验的模型相对简单，实际工程中，滑动端一侧的主体结构刚度、非滑动端一侧的主体结构刚度各不相同，造成水平地震作用下的变形也不相同。究竟会出现梯板“顶”平台板，还是梯板脱离平台板，各个工程情况不一。设计时可取非滑动端支座弯矩系数为1/16进行配筋，这样结合上述第2条，均有所保证（据说11G101-2已有相应更正版）。

      4.梯段板的斜撑作用

    可以看出，楼梯无论是否进行整体计算，规范里都是在强调楼梯的“斜撑作用”，也是因为这个原因，国标图集11G101-2里仅给出两种简单的滑动支座楼梯做法，其它的（如折板式楼梯）因受力更为复杂，目前尚无成果，设计时要想做成滑动，只能对楼梯进行调整，这不能不说是种遗憾。另外，考虑梯板平面外受力，参考深梁做法，在梯板两侧外缘设置了加强钢筋，只能说，这属于概念设计的范畴，至于在另一方向地震作用下，这种做法到底有多大作用，只能说，“谁用谁知道”。

      最后，作为本文的结尾，楼梯采用滑动支座的设计，从“放”的概念上为设计人员提供了一种方法，虽然目前还存在很多不足，但相信随着研究的不断深入，这个方法会不断完善。

楼梯需要抗震设计吗，为什么图集中只有3中抗震设计的楼梯