基于系统的框架结构楼梯抗震设计理念

关键词：框架结构；抗震设计；楼梯；系统设计

　　进入二十一世纪以来，我国建筑行业得到了迅猛发展，越来越多的建筑物从祖国大地拔地而起。众所周知，我国处于地震多发地带，回顾近代地震史，有唐山大地震、汶川大地震……，这些地震都给我国经济、建设等方面带来了无可估量的损失，许多昔日繁华的城镇在地震的破坏下变得残壁断垣，至今国人无不思痛。而根据汶川地震震害调查，楼梯作为建筑物竖向交通通道，在地震中具有疏散和逃生功能，但在强烈地震作用下，楼梯破坏主要集中在框架结构和砌体结构，通常是抗震的薄弱环节。为此，在很长的一段时间里，建筑结构的抗震设计都是我国建筑设计中的重大课题。

　　1. 地震作用下框架结构破坏特点

　　1.1 构件形式

　　在框架结构中，通常柱的破坏程度重于梁、板；钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝；配置螺旋箍筋的混凝土柱，当层间位移角达到较大数值时，核心混凝土仍保持完好，柱仍具有较大的抵抗能力；钢筋混凝土框架如在同一楼层出现长、短柱并用的情况，短柱破坏较为严重。楼梯从结构角度讲是不规则结构，其受力特点复杂，容易出现应力集中；特别是在水平地震作用下，由于楼梯板的“斜撑”作用，楼梯形成的实际支撑对结构刚度的影响，与结构整体刚度的大小有关，对结构受力性能的影响更是相当微妙。

　　1.2 结构体系

　　采用框架填充墙的房屋结构，钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏；采用框架一抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻；采用“底框结构”体系的房屋，刚度柔弱的底层破坏程度十分严重；采用框架填充墙体系的房屋，当底层为敞开式框架间未砌砖墙，底层同样遭到严重破坏；采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑，因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏，各层楼板坠落重叠在地面。以前框架结构在楼梯设计时梯段梁或梯段板按受弯构件简化模型进行计算，仅计算竖向荷载设计楼梯构件，未将楼梯作为整体结构的一部分考虑。而在地震作用下，梯段板与框架主体结构相连，成为压弯或拉弯构件，楼梯参与框架结构整体受力后，结构的水平刚度增大，结构自振周期减小，势必造成总地震作用加大。

　　2. 框架结构楼梯抗震设计要点

　　2.1 采用适当的平立面

　　如何对一个工程项目实施建筑布局与结构布置？这通常与建筑物的平立面直接相关。有数据表明，简单、规则的框架结构楼梯其抗震能力普遍较强。这是因为复杂式框架结构楼梯在地震发生时内部构件的强度与刚度形不成一致规律，导致结构扭转非常明显。因此，在对框架结构楼梯的设计中务必加强措施，尽可能遵循建筑物的均匀对称原则，避免采用不规则的建筑方案，从总体上降低框架结构楼梯的刚度偏心率，并准确无误地计算出相关的地震反应数据，这有利于在必要的情况下采取抗震措施和细分处理措施，保障在地震作用下，受力有明确、直接的传递途径。

　　2.2 选择有利场地

　　在梯段板实际配筋计算时，梯段板按单向板力学模型进行配筋计算，上部负筋通常按照跨复杂性，首先需要通过概念抗震设计来间接实现“大震不倒”，楼梯的抗震概念设计与计算设计同等重要。由于施工场地的地质环境不同，建筑结构在地震中的反应也是不尽相同的。因此，在有选择的情况下，选择一块有利于抗震的场地开展施工，很大程度上可以减轻地震所造成的损害。在选择建筑场地之前，首先根据建筑场地的地质状况及建筑结构的需求，分析出哪些是有利地段，哪些是不利地段，无论何时都不要在危险地段上进行建设，以免造成不必要的人员伤亡与财物损失。此外，还要尽可能地错开地震周期与在建项目的自振周期，用以防止建筑结构产生共振损坏。

　　2.3 保证结构的延性

　　所谓的结构的延性，就是在承载力没有明显减小的情况下，结构所能产生非弹性变形的能力，其很大程度上体现了结构的变形能力。有必要说明的是：在地震作用下，结构的延性直接影响着框架结构楼梯能否在灾难中屹立不倒，所以结构的延性在某些意义上等同于结构的强度，二者都是建筑抗震设计中所要考虑的重要指标。那么怎么样在地震作用下使框架结构楼梯的钢筋混凝土展现出结构的延性呢？这应该尽量地将塑性变形集中作用于延性较好的构件上。良好的延性对建筑结构的作用无疑是肯定的，一方面它能有效地降低地震作用对框架结构楼梯的影响，另一方面还能吸收地震能量，防止建筑结构的倒塌。

　　2.4 增强建筑物的整体性

　　框架结构楼梯作为许多细节构件连接而成的整体，是一个具备空间刚度的结构体系，其能否承受地震惊人的破坏力量，全看各构件间能不能实现协调工作、有机地形成一个整体。所以说，框架结构楼梯的整体性能不但是建筑抗震的首要条件，还是框架结构楼梯抗震设计中的重点内容。一般来说，钢筋混凝土现浇楼梯板和楼梯的整体性能好，在适当位置布设构造柱，并配置相应的构造钢筋，不但能够消除滑移、散落等问题，加强楼梯板的刚度值，还能适当放宽对框架结构楼梯的平面要求，对于框架结构楼梯的层间变形，也非常容易控制。

　　2.5 加强抗震防线的建设

　　如今，许多框架结构楼梯都设置多道抗震防线，以增强建筑的抗震能力。一旦地震来临时，第一道防线在强烈的地震力的冲击下遭到破坏后，还有后备的第二道、第三道甚至更多的防线立即接替，抵挡住后续的地震冲击力，这样可以最大限度的保证框架结构楼梯的安全，免于倒塌。另外，在进行框架结构楼梯抗震能力的设计时，可以采用具有多个肢节和壁式的框架剪力墙等类型的抗震结构体系。剪力墙结构中剪力墙可以通过合理设置连梁，使其具有优良的多道抗震防线性能。还可以利用在结构中增加赘余杆件的屈服和变形来分散地震的作用力，而且一旦赘余杆件遭到破坏后退出工作，还可以使整个结构从当前的稳定日系想另外一种稳定体系进行过渡，避免在长时间的地震作用下引起持续的共振效应。

　　2.6 选择合理的结构形式

　　建筑抗震结构体系作为抗震设计中的重要内容，在确定结构体系阶段，会受到许多外界因素如建筑高度、经济状况、场地布置、施工材料等影响，是一个涉及面极广的技术问题，必须经过谨慎的思考才能确定。这方面，非但要考虑计算简图和抗震防线等问题外，框架结构楼梯体系还应具备一定的刚度和承载力分布，防止局部突变而产生过大的塑性变形。再者，在结构布置阶段，两个主轴方向的动力特征值最好相距不远，并在建筑的布局上，保持结构对称、布置均匀的原则，以避免主轴不在一条轴线上而引起的扭转振动等问题。

　　3. 结语

　　综上所述，框架结构楼梯抗震设计是一个完整、系统的过程，是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标之一。作为一名框架结构楼梯设计人员，在对框架结构楼梯的抗震设计当中，应秉着认真负责的态度，细心分析框架楼梯结构中每个构件和各组成部分可能存在的问题，致力于设计出抗震性强、实用性高、经济性好的楼梯。

　　参考文献

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