刘洋

摘要：板式楼梯凭借其简洁的形式与较小的施工难度，在框架结构建筑设计中得到了广泛的应用。但由于其与框架结构相互作用的形式较为复杂，尤其是在抗震设计时，难以考虑其与整体结构作用力的计算关系，使得楼梯破坏成为地震对建筑的主要影响之一。楼梯的破坏主要分为梯板断裂、楼梯间破坏和平台破坏三类。这些破坏大都是因为对地震时结构的受力类型考虑不够所致，因此要想强化楼梯的抗震设计，就要讨论板式楼梯结构对框架抗震性能的影响因素，对不同连接方式下的设计计算方法分类讨论，从而保证整体的抗震性能符合要求。

关键词：框架结构；板式楼梯；抗震设计

地震灾害最容易对建筑结构的楼梯间造成震害，近年来我国对框架结构板式楼梯抗震设计的相关研究工作，就是从汶川地震以后逐渐展开的。我国地域面积广阔，跨越了环太平洋地震带与欧亚地震带，属于多地震国家。由于地震发生的不可预测性，使得地震到来时必须通过建筑的结构强度来增加救援时间。而楼梯结构作为地震逃生的重要结构，其抗震设计是否达标，对提高建筑的抗震性能有着很大的影响。

1 框架结构板式楼梯抗震现状

楼梯类型按照结构形式可以分为板式楼梯和梁式楼梯，前者外形简洁、施工难度小，应用范围更加广泛。在现有的楼梯设计过程中，为了简化计算，常常不把楼梯与整体结构统一计算，而是将楼梯的载荷进行等价后用来计算整体结构的内力参数。这样孤立地进行设计，使得在设计过程中难以考虑到地震过程中，楼梯与楼体结构相互作用所产生的影响。地震灾害中楼宇破坏状况的事实证明，这种孤立的设计方法，在某些情况下的抗震性能是不可靠的，出现了大量楼梯构件被破坏的事例。

2 框架结构板式楼梯破坏情况及分析

2.1 楼梯梯板断裂

根据国内外地震对楼梯破坏情况看，楼梯梯板的破坏主要形式为断裂。楼梯梯板在地震过程中内部应力变化极大，容易在应力集中处，如施工接缝、梯板中部发生断裂。分析其原因，一方面楼梯的施工接缝中的混凝土成分与原混凝土有所差异，在地震作用下强度下降，容易产生破坏；另一方面，梯板的受力不是完全均匀的，在地震作用下会提高梯板内部的拉应力，使得内部钢筋发生断裂而破坏。

2.2 楼梯间破坏

楼梯间的抗震设计历来是有所研究的。为了防止楼梯间产生形变破坏，通常将小柱架设在钢筋混凝土框架上起到支撑作用，而不采用砖砌结构。在地震中发现，这种小柱结构也存在缺陷：由于小柱的截面过小，强度不足，部分小柱的柱头发生破坏，严重的甚至出现钢筋被拔出的情况。

2.3 楼梯平台破坏

在樓梯平台的设计过程中，通常按照平台受到弯矩来进行设计。这是因为在日常载荷下，平台只会受到上部负载重力所产生的弯矩，因此只校核相关的正应力强度即可。但在地震时，与平台相连接的结构件会对平台产生额外的作用力，使得平台梁产生超负荷的弯矩与剪力，在没有对此类情况进行考虑时，楼梯平台对剪力的承受能力很弱，极其容易发生破坏。

3 框架结构板式楼梯抗震设计方法

根据上述分析可以看出，要想提高板式楼梯的抗震能力，就不能按照传统将楼梯等效为重力负载进行设计的方法，而要考虑楼梯作为构件其在地震中对楼体整体强度与刚度的影响。

3.1 楼梯对框架抗震性能的影响分析

楼梯作为楼体结构的一部分，其对楼梯的抗震能力有着相当重要的影响。尤其是在地震过程中，由于楼梯往往发挥着逃生、救援的重要作用，其抗震设计更是不容忽视。实际上，地震过程中楼体的形变极为负载，不能将楼体简化为竖向重力载荷，而要考虑其作为斜向结构对楼体的支撑作用。为了分析楼体结构对框架抗震性能的影响，需要建立框架结构模型，并设置不同简化形式的对照，再在仿真地震中对结构的破坏状况进行分析。经过实验可以得到以下结论：楼体结构对整体抗震性能的影响很大，在不考虑楼体结构式，楼梯间小柱的内力很小，承载变化状况不大，而考虑楼梯作用时，小柱内力增加近40%，变化率高达30%；不考虑楼体时，梯间小柱所受剪力与弯矩也远远小于考虑楼体时，尤其在低楼层时更为明显。因此，如果在设计过程中不考虑楼体的影响，对结构的整体强度与刚度的考虑显然时不到位的。

3.2 考虑楼梯的支承作用对整体的影响

根据现有的《建筑抗震设计规范》，在进行实际的建筑抗震设计时，对楼梯抗震设计的考虑，可以有不同的方法。最主要的还是考虑楼梯构件对整体抗震性能的影响程度。如果楼梯构件与楼体结构是一体浇筑的，其中又没有采取特殊的构造措施减小楼梯对整体刚度的负面影响，就应该考虑楼梯的支撑作用。在这种情况下，楼梯相当于一组对楼体的斜支撑，为了减小影响，应当将楼体进行对称、规则布置，并考虑实际的使用与地震情况下的载荷进行验算；楼梯板应当满足厚度要求，一般要求最小厚度大于120mm；梯板内部的暗梁与钢筋必须复合规范要求，并参与到整体抗震性能的验算中。

3.3 断开刚性连接改善受力状态

在建筑的实际设计过程中，我们更加希望减小楼梯对整体结构承载、刚度的影响。根据《建筑抗震设计规范》，可以通过两种措施来断开楼梯与楼体的刚性连接，以改善受力状态：如果楼梯与楼体并不是一体浇筑的，而是将楼体的一段视为滑动支撑作用于整体结构，这种情况下可以不考虑楼体对整体抗震性能的影响，按照正常的简化承载进行设计即可，只需要通过正常的钢筋加强楼体的抗拉、抗剪、抗扭性能即可；另外，如果楼梯与整体结构是一体浇筑的，但在周围通过剪力墙、连梁进行围合改善了整体的受力性能，在抗震设计中也可以不考虑楼梯的作用。

3.4 楼梯抗震性能的验算要求

无论是否将楼梯计入整体框架结构，都要对楼梯构件进行单独的承载能力计算。首先，对楼梯平台梁的支撑柱，需要用梁的轴向力对其进行剪力计算，防止在地震中发生剪切破坏；对于梯板，需要按照偏心拉伸与压缩的组合负载形式进行设计。对楼梯周围的框架梁柱，如果与楼梯构件不直接相连，可以不与楼梯进行抗震性能验算，如果存在和楼梯的刚性连接，则需要考虑与楼梯构件作用下相应的剪力与轴向力。

3.4 其它抗震设计要点

虽然在允许条件下，可以将楼梯结构与主体进行分开设计，但通过实验分析可知，即便是非刚性连接情况下，楼梯对主体框架的抗震性能仍然是存在一定影响的。因此，在对框架结构进行抗震设计时，可以从以下方面考虑楼梯结构的影响：一方面，楼梯间会使附近框架结构的内应力明显增大，因此应当在靠近楼梯处的位置进行配筋加强，以强化结构对拉压、剪切破坏的承受能力；楼梯本身对框架结构的自振频率、内应力均存在影响，需要在框架结构设计时予以考虑。在对楼梯进行设计时，也需要强化对地震影响的抵御能力。一方面，在平台梁等易破坏处采用加强配筋的方法进行结构强化；对于非对称、非规则的楼梯结构，要考虑到本身受偏心载荷的影响，配置强度更高的钢筋。

结语：

总而言之，板式楼梯的存在使得建筑整体抗震设计更为复杂，不同的楼梯连接形式下，需要考虑的抗震性能有所不同。但总的思路在于尽量减小楼梯结构对整体框架结构的影响，以及尽可能全面考虑相互作用的影响来展开抗震设计。本文仅从实际地震情况下楼梯破坏状况入手，分析了板式楼梯常见的破坏形式及原因，对抗震设计研究的深入进行具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]黄利.钢筋混凝土框架结构中板式楼梯抗震设计分析简析[J].工程技术：全文版，2016（10）：00035-00035.

[2]段连蕊.滑动支座楼梯对RC高层框架结构抗震性能影响研究[D].湖南大学，2016.