从“汶川大地震”引发对板式楼梯设计的思考

发布时间:2024-02-03 19:02:11浏览次数:19
从“汶川大地震”引发对板式楼梯设计的思考 摘要:地震时,楼梯是重要的逃生通道,然而,汶川大地震震害表明,楼梯间的破坏相当严重。以板式楼梯为例,探讨了常用的板式楼梯设计方法问题,在震害分析研究的基础上说明了楼梯应进行抗震设计的必要性,并初步提出了一些措施,供工程设计参考,最后,指出了需进一步研究的课题。关键词:钢筋混凝土板式楼梯;震害;抗震设计0 引言2008 年 5 月 12 日,四川汶川发生里氏 8.0 级特大地震,破坏力巨大。在大震时,楼梯作为重要的逃生通道,在地震来临时担任着重要的角色。然而,震后第一时间作者进行的大量调查发现,担任这一逃生角色的楼梯,并未在自然灾害面前发挥其所应有的功能。以目前最常见的钢筋混凝土板式楼梯为例,震害表明,楼梯往往先于主体结构破坏前产生种种严重破坏,影响应急使用。1 现行钢筋混凝土板式楼梯设计方法1.1 钢筋混凝土板式楼梯的组成楼梯作为建筑中主要的垂直交通设施之一,具有通行和疏散的功能。板式楼梯由梯段板(TB)、平台板、平台梁(TL)组成。梯段板是一块带有踏板的斜板,两端支承在上下平台梁上,其优点是下表面平整,支模施工方便,外观也较轻巧、美观,但其经济跨度较小。其一般剖面示意如图 1 所示。 1.2 现行设计方法在现行结构设计中,不同结构体系,如砌体结构、框架结构或剪力墙结构等整体设计计算时,对楼梯进行了简化处理,整体结构进行内力计算和配筋时,仅将楼梯处楼板开洞将楼梯的竖向荷载传递到框架梁、柱或墙上,并未将楼梯的构件作为结构的一部分参与整体计算,而楼梯只孤立地进行构件计算和配筋,完全没有考虑地震作用。以下为现行板式楼梯梯段板、平台梁和平台板的设计的一般方法。(1)梯段板梯段板设计中,荷载包括恒载和可变荷载。恒载包括钢筋混凝土构件自重、踏步及其建筑面层、板底抹灰、栏杆扶手自重。可变荷载标准值对于多层砌体结构住宅的梯段板按 210kN/m2 考虑。梯段板两端视为部分嵌固支座,跨中弯矩系数根据支座嵌固条件的不同,按 1/8~1/10 取值。为避免梯段板在支座处产生过大的裂缝,应在板面配置一定数量的钢筋,一般取 <8@200,长度为 l0/4。在垂直受力钢筋方向,仍按构造配置分布钢筋,并要求每个踏步板内至少放置一根分布钢筋,且应放置在受力筋内侧。其一般配筋示意如图 2 所示。(2)平台梁、平台板平台板和楼梯梁均按简支板、简支梁进行计算。梯段板、平台梁、平台板按 GB50010-2002《混凝土结构设计规范》中的承载能力极限状态计算的相关条文进行正截面承载力和斜截面承载力计算,并进行裂缝控制及挠度验算。2 汶川大地震板式楼梯震害的主要破坏类型5.12 汶川大震后,作者经过了大量的调查研究,楼梯部位因横墙和楼板中断,破坏较其他区域严重,而且楼梯破坏的同时,往往楼梯间墙体破坏也较严重。常见板式楼梯结构中,板式楼梯在地震作用下主要震害有以下几个方面。2.1 非结构震害(1)非结构构件的破坏造成楼梯的堵塞,如图 3 所示。 (2)楼梯间墙体严重开裂、局部倒塌。2.2 结构震害(1)梯段板底部混凝土大面积脱落,底部受力钢筋屈服拉断如图 4,5 所示。(2)梯段板在施工中往往存在施工接缝,接缝位置一般设在板跨 l0/4 处,在施工中,接缝处施工前泥沙并未清除干净,混凝土交界面未处理好,接缝处极易形成薄弱部位,在地震作用下,该处破坏较明显,甚至存在上、下两块板错位分离如图 6 所示。 (3)平台梁混凝土脱落,钢筋屈服(图 7~10)。(4)楼梯柱受休息平台梁约束形成短柱破坏(图 10)。(5)楼梯板与休息板连接处断裂。(6)与主体用防震缝分开的独立楼梯,或局部采用少量构件与主体连接的楼梯,在地震 作用下,楼梯倾斜或连接构件损坏严重。 3 楼梯对抗震的影响楼梯的结构是直接或间接与主体结构相连的,例如,对于框架结构房屋,楼梯事实上是主体框架结构的一部分,在地震作用下,斜向构件梯段板也要承受剪力,可以导致梯段板断裂;梯段板通常有半个层高,两个标高处的水平位移有差值,容易使梯段板拉裂;另外,其各跑段梯段板的振型不一定相同和同步,导致梯段板底部受力钢筋与梯段板分离,钢筋断裂,还可以导致平台梁受扭破坏。另外,在框架结构楼梯中由于存在休息平台,易形成短柱。4 结论及建议从现行钢筋混凝土板式楼梯设计方法分析,楼梯设计时仅计入了恒载和可变荷载,未考虑地震作用的影响,应在设计计算时,将楼梯参与整体计算以考虑地震作用。对于板式楼梯施工接缝,施工接缝处底部受力钢筋可在局部加强,并严格控制施工质量,施工交界面应清除表面浮浆和泥沙,混凝土交界面应凿毛处理。在地震区,钢筋混凝土框架结构应避免“框架短柱”的形成[1],形成“框架短柱”时,应确保“框架短柱”的抗剪强度及变形能力,防止框架柱过早发生剪切破坏,箍筋应沿“框架短柱”全高加密 (箍筋间距不大于100mm),或在柱身内配置一定数量的斜向钢筋。梯段板钢筋负筋应拉通,形成双层双向钢筋配置,平台梁受扭作用明显,应加强其上、下部纵向钢筋和箍筋。在梯段板转角处,应采取构造措施进行局部加强,防止梯段板在此处破坏。另外,从楼梯震害来看,楼梯破坏的同时,往往楼梯间墙体破坏也较严重,设计时,防止楼梯间墙体破坏对防止楼梯破坏起有利作用。
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