樓梯震害與設計探討

1、城市建設2010年總第60期CONSTRUCTIONCONSTRUCTION樓梯是多層與高層建筑的豎向交通設施，尤其在發(fā)生強烈地震時，樓梯間是緊急逃生的豎向通道。樓梯和樓梯間的破壞會延誤人員撤離及救援工作，從而造成嚴重傷亡。2008年5.12汶川特大地震震驚國內外，造成數以萬計的房屋倒塌，因樓梯倒塌無法逃生者也不計其數。如果我們把建筑的樓梯設計得更加安全、可靠，至少可以把傷亡人數和經濟損失降低到最低限度。通過2008年汶川地震的教訓，如

2、何提高樓梯結構的抗震能力，使樓梯間形成應急疏散的“安全島”，是至關重要的。傳統的結構設計忽略了樓梯對結構的影響，也忽略了地震作用對樓梯產生的效應，這是造成樓梯破壞的根本原因。歷次震害表明，框架和砌體結構的樓梯間一直都是一個震害集中區(qū)，可見，樓梯參與整體計算影響最敏感的就是框架、砌體等抗震較弱的結構而梯筒形式的框架剪力墻和剪力墻結構的樓梯其影響則相應較小筒體結構由于樓梯一般在大筒內部其影響就更小甚至可以忽略。因此，本文僅對框架結構中的樓梯

3、結構抗震設計進行探討，提出樓梯結構性能化抗震設計及抗震構造措施的設計新思路。對提高樓梯結構抗震性能具有一定的參考價值和實用價值。當然，在設計時如何對地震作用效應進行較精確的計算還缺乏足夠的經驗，還有待于今后進一步研究、實踐。本文首先對樓梯結構的震害類型及原因進行分析，其次對樓梯結構設計進行探討。一、樓梯震害分析根據有關地震災害資料分析，樓梯的破壞形式有以下幾種類型：1.樓梯整體倒塌破壞。由于支承結構的倒塌而引起樓梯的倒塌。如框架結構樓梯

4、間的柱(形成短柱)發(fā)生剪切破壞及砌體結構樓梯間墻體（少構造柱）整體失穩(wěn)等原因引起。2.樓梯平臺梁破壞。由于平臺梁是彎、剪、扭共同作用的構件，當地震作用產生的內力超過其承載能力時，兩端發(fā)生剪切、剪扭破壞，中部由于應力集中（樓梯井處）而造成梯梁斷裂并與梯板拉開。3.梯段板破壞。梯段板出現一道或兩道水平逢，主筋彎曲，梯板拉斷。有的水平逢出現在施工逢處（所謂的上三步），有的出現在跨中（縱向受力鋼筋屈服），有的則出現在梯段板約四分之一凈跨處(負筋

5、切斷處存在應力突變)。4.樓梯間填充墻倒塌。由于樓梯間填充墻未能與框架可靠拉結，導致填充墻沿平面外倒塌而堵塞逃生通道。二、樓梯結構設計探討通過以上樓梯的震害分析，可見地震時樓梯間受力情況之復雜。樓梯的梯板（或斜梁）等構件具有斜撐的受力狀態(tài)，對結構剛度及扭轉作用均有較明顯的影響，故在結構計算時應將樓梯構件（梯段板、梯段板邊梁、休息平臺梁、梯柱等）加入計算模型進行整體計算，即計入其對整體結構極其相鄰結構構件的影響，同時樓梯構件本身應進行抗震

6、承載力驗算，且按加入樓梯構件后的整體計算模型，考慮其地震作用效應，從而提高樓梯的抗震性能，這正是汶川地震后對《抗震設計規(guī)范》作出修改的緣由。然而，僅從計算模型上考慮樓梯對結構的影響，通過機械的運算，硬套計算結果進行樓梯結構設計是不科學的。應該根據結構體系的實際情況，注重樓梯結構的性能抗震設計，樓梯的結構類型要與結構體系相適應，選擇合理的計算模型，并從構造上采取相應的抗震措施。1.樓梯結構性能化抗震設計性能化抗震設計就是根據地震作用的不確

7、定性(發(fā)生時間、強度和持時等)以及結構抗力的不確定性等特點，對不同風險水平的地震作用，使結構滿足不同的性能要求。亦即在建筑結構設計使用年限內可能發(fā)生的地震作用下，建筑結構的地震反應和破壞程度均在設計預期要求的范圍內，不僅能保證生命安全，而且能確保經濟損失最小。就其實質來講，這是一種企圖對建筑結構的反應和破壞程度進行控制的設計方法。樓梯結構采用性能化抗震設計時，可從以下三個層次進行：第一，進行小震彈性設計并強調保證延性的構造措施；第二，小

8、震彈性和中震不屈服設計，中震不屈服設計是為了控制樓梯在大震下的屈服水平，允許適當進入塑性，但是保證進入塑性的程度較低，依靠構件的延性不會有發(fā)生倒塌的危險；第三，小震彈性和中震彈性設計，中震彈性設計是為了在理論上保證樓梯在大震水平下不會進入屈服，或者稍微進入屈服而不發(fā)生過大變形。三個層次可依據整體結構的重要性水平和設計需求而定。采用“放”，“緩”，“抗”的設計原則，根據具體情況化解樓梯子結構與周邊整體結構的互相“矛盾”和“依存”關系[1]

9、。2.樓梯結構抗震構造措施從傳力角度分析樓梯震害的結構破壞形式，問題并非出在樓梯結構的豎向傳力體系，而是出在其水平傳力體系。在進深方向上，水平力一般是通過樓板傳遞給豎向構件的，由于樓梯板是斜板的緣故，實際上起到一個“K”型支撐的作用，其剛度之大而引起的內力集中是不可忽略的問題。樓梯板若不經過合理的設計，則無法可靠的傳遞水平力，必然會導致承載力不足。因此，有必要對樓梯采取以下抗震構造措施：（1）樓梯板的抗震構造措施。樓梯板在水平力的作用下

10、，存在較大的剪力和軸向力，不可以忽略不計。因此，除了按計算要求設計外，必須從構造上采取加強措施。要改變過去用設計普通樓板的方法設計樓梯板，可將樓梯板視為壓、彎、剪受力構件，提高板厚和配筋率的構造要求，保證傳遞水平力所需的剛度；配置雙層受力鋼筋，以滿足受壓承載力的要求。（2）平臺梁的抗震構造措施。樓梯在水平力的作用下，無疑加大了平臺梁的扭矩，故除了箍筋要全長加密外，還需沿側向設置構造鋼筋。此外，在跨中的箍筋間距應為50mm，防止樓梯井處由

11、于應力集中和沖切引起的破壞。（3）提高樓梯間整體穩(wěn)定的措施。樓梯間整體穩(wěn)定與結構支承的穩(wěn)定密切相關，對于框架結構首先要提高樓梯間及與樓梯間相鄰的框架柱的強度和剛度，防止休息平臺處框架柱發(fā)生剪切破壞（短柱）。其次，還可以通過在樓梯間增加支撐、剪力墻及設翼柱等措施（多道防線）提高樓梯間的整體穩(wěn)定。而對于砌體結構，則應從構造上采取加強措施。除了樓梯間四角設構樓梯震害與設計探討黃穎江西建設職業(yè)技術學院330038摘要：傳統的結構設計忽略了樓梯對

12、結構的影響，也忽略了地震作用對樓梯產生的效應，這是造成樓梯破壞的根本原因。本文即根據對樓梯間遭受地震災害時的破壞類型及原因分析，對樓梯結構的受力情況及設計方法進行了科學的分析和探討。針對框架和砌體結構，闡述了樓梯結構性能化抗震設計及抗震構造措施的設計新思路。運用抗震概念設計理論，在樓梯間建立多道抗震防線，提高樓梯的抗震性能，確保樓梯間的穩(wěn)定，使樓梯間形成應急疏散的“安全島”。關鍵詞：地震災害樓梯結構抗震概念設計構造措施建筑設計273城市

13、建設2010年總第60期CONSTRUCTIONCONSTRUCTION隨著高層建筑的發(fā)展，高層建筑的供暖設計中，常常會遇到由于靜水壓力高不能與室外熱網采用直接連接；熱網供水溫度低（8560℃），如果采用換熱器與室內系統間接連接，不但熱煤溫度會更低影響散熱效果，而且增加了系統投資費用，所以無法采用隔絕式連接。目前通常采用的雙水箱系統克服了以上兩項技術難點，但是，雙水箱系統尚存在許多不足之處，運行產生噪聲和蒸汽，需設置兩個房間，工程造價高

14、，氧腐蝕嚴重，熱損失較大，系統復雜，操作不便，已不適應日益增長的各類高層建筑供暖系統的需要。無水箱直連供暖系統是經過多年實踐總結出的行之有效的高層供暖系統。該系統簡單，運行穩(wěn)定，操作方便，工程造價低，是替代雙水箱系統的理想方案。1.無水箱直連供暖系統無水箱系統。整個高層建筑分成兩個系統，低層系統與室外熱網直連，高層系統則采用無水箱系統，與雙水箱系統不同的是高層系統運行所需的作用壓力由原來的兩個水箱高差提供改為由加壓泵提供，高層系統回水與

15、熱網回水干管連接處安裝一套熱水減壓裝置從而取代了原來的兩個開式水箱.當系統運行時加壓泵將室外網路供水加壓后送至高層散熱器放熱高層供暖回水經彈簧式減壓閥減壓后(與熱網回水壓力相同)回到熱網回水干管中去.當高層加壓泵停止運行時系統止回閥、彈簧式減壓閥起作用，高層系統與熱網自動隔絕。當熱網循環(huán)水泵停止運行時，由于用戶加壓泵揚程小于高層靜水壓，所以高層系統也會在止回閥及減壓閥作用下與熱網隔絕。這樣，高層系統的管道及散熱器始終充滿水，不會倒空，也

16、不會引起低層系統超壓造成低層散熱器破裂。無水箱供暖系統具有以下優(yōu)點：1）節(jié)省了兩個保溫水箱及各自所占據的房間，從而降低了工程造價。2）由于取消了兩個開式水箱，從而減少了系統氧腐蝕因素，特別是對于沒有除氧設備的供熱系統至關重要。3）供熱系統在運行過程中，減少了兩個開式水箱的熱水流入流出環(huán)節(jié)，從而減少了大量的熱損失。4）系統管道布置簡單，日常運行管理方便。2.無水箱系統設計及運行應注意的幾個問題2.1加壓泵揚程的確定HW=HjHg2～5mH

17、2O式中：Hj—泵至系統最高點的幾何高度，m；Hg—管路的阻力損失，m；HW—室外熱網在加壓泵位置的水頭高度，m；2～5富裕壓力m；2.2彈簧式熱水減壓閥的選擇及調試彈簧式熱水減壓閥的選擇是確保系統安全的關鍵設備；設計時要準確地把系統循環(huán)流量、減壓閥前和閥后壓力提供給生產廠家，廠家根據參數配備彈簧，確定調節(jié)范圍，設計時要設置并聯兩套減壓裝置，一臺運行，一臺備用。同時在閥后裝一個安全閥，以便減壓閥出現事故時高層系統安全泄壓。2.3加壓泵的

18、自動控制由于加壓泵揚程選擇小于高層系統的靜水壓，當熱網循環(huán)泵停止時，室外熱網在加壓泵位置的水頭高度下降，加壓泵處于空轉，整個高層系統在止回閥和減壓閥作用下，與室外熱網自動隔絕。為解決加壓泵空轉問題，在加壓泵入口處加裝電接點壓力表（或壓力控制器），使其與熱網循環(huán)泵自動聯動。2.4高層系統的注水與排氣供暖系統注水時，首先向低壓系統注水，待低壓系統注滿水后，再用加壓泵向高層系統注水，直至高層系統集氣管排氣管內有水溢出為止，然后停止加壓泵，系統

19、正常投入運行，這種注水方法可以使高層系統中空氣的浮力方向與水流方向一致，對系統中混有的空氣可以順利排除。3.結論通過齊齊哈爾市一些高層建筑的實際運行證明，在靜水壓力高而不能采用直連，熱網釤水溫度低又無法采取隔絕式連接，采用無水箱系統是可行的。無水箱直連供暖系統，不僅是簡單的取消了兩個開式水箱及兩個水箱間，節(jié)省了工程輯資，更重要的是減輕了系統的氧腐蝕因素，并使設計簡化，施工簡單，運行管理方便。相信通過探討，不斷完善，無水箱直連高層供暖系統

20、將會在高層建筑中得到廣泛應用。高層建筑無水箱直連供暖系統探討陳寶和齊齊哈爾市供熱燃氣管理處齊齊哈爾161000摘要：本文論述的無水箱直連供暖系統是經過多年實踐總結出的行之有效的高層供暖系統。該系統簡單，運行穩(wěn)定，操作方便，工程造價低，是替代雙水箱系統的理想方案。關鍵詞：高層建筑供暖探討造柱外，還應在梯段板上下對應的墻體處再增加四個柱，并根據抗震設防烈度的大?。?9度），在樓梯間墻體的休息平臺或半高處增設鋼筋混凝土帶或鋼筋磚帶，頂層樓梯間

21、橫墻和外墻應沿墻高每隔500mm設通長鋼筋，突出屋頂的樓梯內外墻交接處應設通長拉結鋼筋等措施[2]。此外，凡樓梯間的所有梁（包括平臺梁、圈梁）和構造柱的箍筋梯段板的縱向受力鋼筋及墻體的拉結鋼筋，建議用HRB335及以上的鋼筋，以增強鋼筋與混凝土之間的粘結力及鋼筋與墻體之間的拉結作用。結語我國地震的慘痛經歷都說明一個重大問題：低烈度地震設防區(qū)完全可能發(fā)生高烈度地震、地震非設防區(qū)完全可能發(fā)生破壞性地震。為了防止今后在遭受地震時悲劇重演，我們

22、必須繼續(xù)按照“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設防目標進行設計，在抗震設計規(guī)范沒有規(guī)定樓梯具體抗震設計分析和計算方法的時候，可以根據實際情況，應用上述性能化抗震設計及抗震構造措施的新思路進行設計，運用抗震概念設計理論，在樓梯間建立多道抗震防線，切實提高樓梯的抗震性能，確保樓梯間的穩(wěn)定，使樓梯間形成應急疏散的“安全島”。參考文獻[1]highbov53樓梯結構的震害分析和設計建議:bbs.list2068_0_1.html[2]建筑抗震設