池雪雷
(中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司,河北 石家莊 050000)
近年來,地震災害頻發(fā),因而在進行框架結(jié)構(gòu)樓梯抗震設(shè)計工作時,要提升樓梯的抗震能力,尤其是一些地震災害發(fā)生頻度較高的地區(qū),更應(yīng)引起高度重視。為進一步推動鋼筋混凝土樓梯設(shè)計向科學合理方向發(fā)展,需認真研究其類型、設(shè)計手段等。
鋼筋混凝土樓梯按其結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不同,可分為梁式、板式和螺旋式等形式,屬于空間結(jié)構(gòu)體系。
梁式樓梯是由踏步板、梯段斜梁、平臺板和平臺梁組成,如圖1所示。踏步板支承于兩側(cè)斜梁上,梯段斜梁支承于上、下平臺梁上,梯段斜梁設(shè)置于踏步板下面。平臺板支承于平臺梁和墻體上,平臺梁一般支承于樓梯間兩側(cè)的承重墻上。
圖1 梁式樓梯示意圖
螺旋式和剪刀式樓梯有著獨特的造型,往往會放置在公共建筑大廳里,然而它屬于結(jié)構(gòu)系統(tǒng),受力情況具有一定繁瑣性,并且設(shè)計和施工都存在難度,會花費較高資金。
在建筑設(shè)計中,不同形式的樓梯對于建筑有不同的表現(xiàn)形式,塑造出不同設(shè)計效果,在地震中的破壞形式也各不相同。
地震中樓梯作為唯一的逃生通道,樓梯間發(fā)生整體破壞是最常見的情況。由于樓梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在漏洞,沒有充分考慮部分與整體之間的聯(lián)系,因此,導致抗震性難以滿足要求。
一般來說,大型建筑的受力都是自下而上逐漸變小,最底層的受力最大,破壞也最嚴重。地震中由于建筑物的倒塌,大量掉落物堆積到底層,嚴重影響人員疏散逃離。
地震對樓梯柱的破壞形式通常表現(xiàn)為:在柱和平臺梁相交的地方,受壓力最大,最易被壓碎,導致鋼筋斷裂,平臺板發(fā)生易位、坍塌。
樓梯梁是樓梯的主要承力結(jié)構(gòu),地震發(fā)生時,不僅有豎向載荷力,還有水平方向的拉力,導致其結(jié)構(gòu)扭曲變形,極易與梁接觸的混凝土部分發(fā)生碎裂。
樓梯板的破壞往往是由于以下情況間接導致而成,首先,鋼筋受力不均,局部應(yīng)力超出極限,導致鋼筋斷裂,出現(xiàn)裂縫;其次,樓梯柱、樓梯梁的破壞使樓梯板錯位、扭曲等,導致樓梯板的混凝土被壓碎,出現(xiàn)裂縫破壞。
為了進一步將樓梯設(shè)計的科學性加以提升,現(xiàn)針對樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計過程提出以下幾點建議。
(1)在設(shè)計階段,要充分考慮樓梯板、樓梯梁、樓梯柱和鋼筋的配比,利用科學合理的計算模型,綜合各部分的作用,對整體框架結(jié)構(gòu)進行精確的受力分析。
(2)在設(shè)計中可以在框架梁上加裝一個相對獨立的小柱支撐樓梯板,用它銜接平臺板和樓梯柱,兩者之間就不會直接相互影響,增加了整體結(jié)構(gòu)的可靠性。同時,需對該支撐板進行加強處理,使其能承受更大的應(yīng)力載荷,提高穩(wěn)定性。
(3)樓梯本身屬于短柱,為減少在短時間內(nèi)出現(xiàn)破壞情況,需順著全高加密箍筋,最大程度確??辜魪姸劝l(fā)揮最大優(yōu)勢。因受地震作用,會有較大的軸力和剪力,為確保樓梯結(jié)構(gòu)實現(xiàn)抗震目的,在設(shè)計前期階段,工程師需做好科學的配筋作業(yè),并拉通負筋,推動雙層雙向鋼筋配置的存在。不僅如此,還需對板式樓梯施工作好科學設(shè)計,并且在局部位置加大受力鋼筋的力度,科學控制施工水平,采取科學手段處理好梯段板局部,避免梯段板轉(zhuǎn)角部位發(fā)生破壞情況。
(4)由于多高層建筑結(jié)構(gòu)在受力情況下具有一定的繁瑣性,樓梯結(jié)構(gòu)在確保整體安全的同時可以起到重要作用,因此,設(shè)計人員在對鋼筋混凝土樓梯設(shè)計過程中,應(yīng)確保結(jié)構(gòu)安全要求和構(gòu)造手段都要比主體結(jié)構(gòu)高一些。將地震具有的性能考慮在內(nèi),詳細計算相關(guān)構(gòu)件的承載力,打破以往的設(shè)計形式,使用滑動連接的形式,把樓梯段上端節(jié)點當作鋼筋混凝土樓梯使用,將下端節(jié)點當作滑動支撐,減少支撐的存在,并在相關(guān)首層外門兩邊的地方設(shè)計相應(yīng)的構(gòu)造柱,固定好門框。
(5)在設(shè)計階段對施工方案進行優(yōu)化,一方面,樓梯段上部連接點用鉸接的方式,下部可采用滑動支撐的做法;另一方面,需在樓梯間出口的兩邊進行門框加固設(shè)計,適當增加鋼筋數(shù)量,同時,還可采用懸掛樣式,提高整體強度。
(1)踏步板主要由斜板和三角形踏步組成,為保證梁式樓梯設(shè)計的合理性,應(yīng)依據(jù)建筑設(shè)計,明確踏步板的幾何尺寸,并合理選取斜板厚度。在設(shè)計過程中,從梯段板中選取一個踏步板為計算單元,對截面高度近似取其平均值,按簡支板準確計算跨中彎矩,并按單筋矩形計算配筋數(shù)量。
(2)在梯段斜梁上,依據(jù)梯段斜梁水平方向上的計算跨度,計算斜梁高度。對梯段斜梁進行內(nèi)力分析時,應(yīng)將斜梁內(nèi)力化為水平方向上的簡支梁進行計算,并按照斜梁斜向跨度的水平投影長度取值后計算跨度。梯段斜梁截面計算高度上,以垂直斜梁軸線上的最小高度為標準,對斜梁進行計算。
(3)在平臺板、梁的設(shè)計上,按照單向或雙向板進行平臺板的內(nèi)力與配筋計算,確保其滿足相關(guān)構(gòu)造要求,平臺梁承受梁自重、抹灰荷載、平臺板傳來的均布荷載和梯段斜梁的集中荷載,此種情況下,一般以簡支梁計算平臺梁的內(nèi)力和配筋。
板式樓梯由斜板和踏步板兩部分構(gòu)成,并且樓段斜板和相關(guān)平臺梁、板都屬于整體結(jié)構(gòu)。在具體計算時,一般會把梯段斜板與平臺板的計算分開進行,在構(gòu)造方面應(yīng)把整體作用考慮在內(nèi),為設(shè)計的科學性提供重要保障。由于梯段斜板是在平臺梁上面支撐的,并且將板帶簡化成斜向簡支板,采取水平方向簡支板科學預算斜板內(nèi)力。
綜上所述,為使鋼筋混凝土的設(shè)計符合相關(guān)需要,最大程度減少安全隱患,需將抗震性能考慮在內(nèi),一定要從抗震設(shè)計、材料選擇和施工技術(shù)等多方面進行控制,不斷提升樓梯的抗震能力,為人們提供更充足的逃生時間。