基于抗震对楼梯建筑结构设计的思考

郑英，黄斌

（1.陕西工业职业技术学院,陕西 咸阳712000；2.中国建筑一局集团海口拓一置业有限公司,海南 海口570100）

楼梯作为建筑地震逃生的唯一安全通道,在结构设计中有着极其重要的地位。本文针对楼梯设计进行深入的探讨，从楼梯在建筑平面位置中的布置、楼梯的抗震构造设计两个角度，深入分析抗震对楼梯的破坏影响，从地震中不同楼梯的典型的破坏现象入手，分析破坏原因，指出解决办法。

1 建筑平面设计——楼梯平面位置的设置

在建筑平面设计中,楼梯位置的选择对楼梯破坏有很大影响。建筑的四个角是距离建筑中心点最远,惯性矩最大,基于鞭梢效应的考虑，一旦发生地震，建筑四个角破坏也最严重。因此，楼梯设计应避开建筑的鞭梢，靠近建筑的质点中心，住宅酒店等剪力墙结构能够满足这样的要求。商场、影剧院等建筑面积较大的建筑、板式建筑等为了满足防火疏散要求和安全疏散要求，楼梯需要分散布置，楼梯位置需要协调疏散与抗震之间的关系，楼梯至少应设置在第二跨。

建筑设计中，通常将日照较好的一面作为主要用房，日照较差的一面作为辅助房间，北侧朝向较差，建筑设计通常考虑作为楼梯间、辅助房间，但是，地震模拟显示，如果楼梯间都放在北侧，将形成南侧在地震作用下变形较大，北侧为变形较小的不均匀变形；如果将楼梯均匀布置在南北两侧，那么将形成建筑变形均匀的形式，所以，在进行建筑设计时，应综合考虑建筑抗震与建筑空间利用。

2 建筑楼梯构造设计

在建筑设计中，楼梯根据布置方式和造型的不同，分为单跑楼梯、双跑楼梯、转角楼梯、弧线楼梯等，不同形式的楼梯对于建筑有不同的表现形式，塑造出不同设计效果，但是不同形式的楼梯在地震中的破坏形式也各不相同。于是，在楼梯设计过程中，需综合考虑建筑的造型，结构抗震的破坏，合理使用。下面以双跑楼梯为例分析破坏形式及楼梯设计的注意事项。

2.1 楼梯间整体严重破坏

楼梯作为逃生通道，楼梯间破坏，其破坏程度的严重程度大于梯段破坏，因此加强楼梯间的设计非常重要。地震中，楼梯间的破坏情形中有一种建筑主体破坏较少，而楼梯间整体破坏较多的情况。

抗震规范进行建筑抗震验算时，将建筑主体作为验算对象，没有考虑楼梯，这种孤立楼梯的设计模型对于抗震设计有漏洞，因为楼梯作为建筑一部分对于抗震有很大影响，尤其楼梯的抗震验算是需要考虑楼梯与主体之间的相互作用力。所以，在进行结构设计时，需要考虑楼梯与主体的相互关系。处理措施：楼梯抗震设计要与主体抗震设计同步考虑，在进行配筋、结构验算时，同时考虑主体与结构。如果是砌体结构，考虑楼梯间与建筑主体的拉结，拉结越牢固，抗震性能越好。

2.2 底层楼梯严重破坏

竖向楼梯的设计中，底层的重要性大于其它层，底层承受的作用力也大于其它层，作为逃生的最后一层楼梯，需要在设计中加强底层楼梯的设计。

常规建筑的荷载从上到下逐渐增大，底层荷载最大。由于底层荷载最大，形成地震对于底层楼梯破坏也相对严重，且底层作为疏散的最后通道，需要加强抗震设防处理。建筑中底层楼梯严重破坏，短柱倒塌引起楼板落地，楼梯无法正常通行,楼梯短柱断裂，楼梯段板分段断裂，楼梯不连续，无法通行。

2.3 楼梯柱破坏

楼梯柱破坏形式有三种：楼梯平台梯柱底部断裂，引起楼梯垮塌，无法通行；板底混凝土压碎，局部钢筋断裂，平台板失稳；柱与平台梁交接位置，混凝土压碎，钢筋局部拉断，平台板、楼梯板错位。所以，在地震中楼梯平台柱不能先于楼梯板破坏，于是需要设计强柱弱板结构形式。因此，在设计中应加强楼梯柱的设计。

为了保证短柱在抗震下的稳定性，考虑在楼梯间附加小柱子。在框架结构增加小柱后，楼梯与主体结构脱离，在水平方向不参与整体结构的共同工作，避免主体结构对楼梯的不利影响，避免主体结构对于楼梯的梯板、梯梁的弯剪破坏；在竖向荷载作用下，楼板上荷载传到小柱、梯柱和梯梁，附加小柱与原有梯柱把竖向荷载传给楼梯间框架梁，框架梁发生弯曲变形，因楼梯间跨度小，所以总的竖向荷载较小，楼梯间框架梁完全能够满足竖向承载要求及挠曲变形的限制要求。

2.4 楼梯梁破坏

破坏现象：楼梯梁跨中底部、侧面混凝土碎裂，钢筋局部破坏，与梁相近位置板混凝土碎裂，出现板破坏迹象。

破坏原因：楼梯跨度大，采用梁板式楼梯的传力形式，在常规受力情况下，楼梯梁承受竖向荷载，水平向荷载，地震作用下，由于地震力的多面性，梁承受各个方向的作用力，其中扭转作用力对于梁的破坏最大，于是形成梁侧面，底部破坏现象。

加强措施：加强梁的抗扭破坏，增加构造抗扭钢筋。尤其以跨中受力最大位置为先。

2.5 楼梯板破坏

2.5.1 破坏情况1分析

破坏现象：楼梯跨中水平裂缝，部分混凝土被挤碎,部分板钢筋被拉断。

破坏原因：楼梯跨中是地震中受力较大的位置，由于地震的强大作用力，钢筋达到屈服应力而出现破坏，受拉区钢筋被拉断,混凝土破碎。

加固措施：考虑地震设防烈度的影响，增加底部主要钢筋的配筋。

2.5.2 破坏情况2分析

破坏现象：楼梯段出现平整水平的缝隙，位置为距离休息平台1/3～4处，即施工缝。

破坏原因：楼板浇注混凝土时存在施工间歇的施工缝，施工缝虽然做了处理，但是仍然是地震多发部位。加强措施：加强施工缝处理，用高等级的混凝土填缝。

2.5.3 破坏情况3分析

破坏现象：楼板沿着1/3～4处出现三叉形裂缝，钢筋被拉断，混凝土出现裂缝，但没有压碎现象。

破坏原因：1/3～4处为楼板钢筋负筋，此处钢筋有变化，楼板刚度较大，为变化点，形成应力集中。加强措施：楼板配置双向双层钢筋，增加楼板抗震能力。

鉴于以上破坏形式，可知在地震作用下，楼梯的形式越规矩简单，越能够抵抗地震的作用力，楼梯的刚度越大，越易于抗震。因此，在楼梯形式选择时，优先选择双跑楼梯，弧形楼梯不易于抗震，在必要使用时候再使用。对存在弧形楼梯、折线型楼梯进行抗震设计需加强设计，多考虑抗震影响。

3 总结

本文从楼梯的布置位置、布置方式和造型上分别考虑了抗震对于楼梯的影响，综合考虑楼梯平面布置满足疏散要求应分散开，满足抗震要求应对角对称布置；楼梯造型满足建筑造型要求适宜选用复合建筑要求的各种形式楼梯，弧线形式、折线形式、旋转楼梯、双分双合楼梯等，但是形式曲线的复杂，必将带来抗震的不利，应加强抗震设计。楼梯构造设计中以双跑楼梯为例，从楼梯间整体破坏、层楼梯破坏、楼梯柱、楼梯梁及楼梯板几种状态进行分析，分别指出破坏原因及解决办法。