當前位置：
2008年的汶川大地震給災區(qū)人民帶來了重大的損失，震中區(qū)幾乎是遭受毀滅性破壞。震后震害調(diào)查顯示:無論是在低烈度區(qū)還是高烈度區(qū)，樓梯破壞均非常嚴重，主要表現(xiàn)為梯段板折斷、梯梁扭斷、支撐柱的短柱效應等。我國抗震設防的目標為:“小震不壞、中震可修、大震不倒”。遭遇罕遇地震，建筑物應能夠保證“不倒塌”，這一設防目標可以保證建筑物內(nèi)人員生命安全，使得大震下即使建筑物發(fā)生破壞，但建筑物內(nèi)的人員有逃離建筑物而獲生的機會。而樓梯作為地震時的垂直逃生通道和重要的救援通道，保證其在大震下的安全、暢通，是地震中人們自救和被救的重要保證。因此，在保證結(jié)構(gòu)“大震不倒”的前提下，確保逃生通道暢通尤為重要，有必要對樓梯間特別是休息平臺與梯板的抗震設計開展專門的研究，進一步提高樓梯作為逃生通道的功能要求。
1樓梯的研究現(xiàn)狀及新舊版規(guī)范中常用的設計方法(建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范: GB50011-2001， GB50011-2010)
樓梯作為建筑物中主要的垂直交通設施之一，有板式和梁式之分?，F(xiàn)澆板式樓梯是當前較常見的樓梯形式，主要由梯段板、平臺板、平臺梁、梯梁、梯柱組成。梯段板承受該梯段的全部荷載，并將荷載傳至兩端的平臺梁上。梁式樓梯的梯段荷載由踏步板承受，并傳給樓梯斜梁，再由斜梁傳至兩端的平臺梁上。汶川地震前，工程中樓梯的設計常采用以下方法:
對樓梯進行簡化處理，不考忠水平的地震作用，將梯段板或斜梁看作一個僅承受作用在其上豎向荷載的受彎構(gòu)件，也不考慮參與結(jié)構(gòu)整體受力，僅以豎向荷載作用下計算而得的內(nèi)力來進行配筋設計。也就是說在設計中，不考慮水平地震荷載對樓梯的作用，也不考慮樓梯對結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響。因此，依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范(GB 50011-2001)》(中華人民共和國國家標準，2001)設計的梯段梁或梯段板是一個純粹的受彎構(gòu)件，而實際上在水平地震作用下，梯段板(梁)這個斜向受力構(gòu)件與框架主體結(jié)構(gòu)相連，變成了壓彎或拉彎構(gòu)件。樓梯和整體結(jié)構(gòu)是不可分割的兩個部分，在荷載作用下二者相互作用，彼此影響，設計中孤立地看待樓梯受力和設計的方法是不合理的，汶川地震中大量樓梯的震害充分證明了這一點。
清華大學的王奇等(王奇等，2002) 通過計算，討論了鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓梯對框架、框剪和剪力墻三種結(jié)構(gòu)的影響，研究表明:從考慮樓梯作用對整體結(jié)構(gòu)的自振周期、剛度分布及構(gòu)件內(nèi)力的影響程度來看，框架結(jié)構(gòu)受影響較大，框剪結(jié)構(gòu)次之，剪力墻結(jié)構(gòu)受影響程度較小。2008 年汶川地震中，大量的房屋震害調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計顯示，框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓梯在地震中均有大量破壞，尤其以框架結(jié)構(gòu)的樓梯破壞較為嚴重,且大量樓梯先于框架主體破壞。這一震害現(xiàn)狀與理論研究結(jié)論的一致性充分說明:樓梯構(gòu)件在地震中是參與整體結(jié)構(gòu)工作的，規(guī)范中不考慮地震作用而設計樓梯的做法是不正確的，尤其是不能忽視框架結(jié)構(gòu)中樓梯在地震中的受力狀況。
2現(xiàn)澆樓梯在抗震中 的受力分析
樓梯兩個方向的梯段板和休息平臺實際上組成了一個“K”形的斜撐，它通過平臺梁、樓板、構(gòu)造柱等與整體結(jié)構(gòu)連接在一起， 使得框架結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度增大，自振周期減小，進而也使整個結(jié)構(gòu)上的水平地震力增大。在地震作用下，由于樓梯的抗側(cè)剛度大于框架抗側(cè)剛度，所以在地震力的彈性階段，樓梯構(gòu)件變成了抗震的道防線，吸收了大部分地震能量;當進入彈塑性階段后，樓梯先于框架主體破壞，剛度大大衰減，而此時框架才變成抗震主力構(gòu)件，逐漸承擔起更多的地震力。在地震中，樓梯參與整體結(jié)構(gòu)抗震工作，充當了結(jié)構(gòu)抗震的-道防線， 分擔了-部分的水平地震力，延緩了主體結(jié)構(gòu)的破壞，這是樓梯對主體結(jié)構(gòu)的貢獻。在一-定程度上，我們說樓梯的存在增強了結(jié)構(gòu)的耗能能力，提高了整體結(jié)構(gòu)的延性。然而，從另一方面看，正是由于樓梯充當了框架結(jié)構(gòu)中道抗震防線的角色，使得本應該是作為“安全島”(王亞勇，2008) 的樓梯，卻成為了很多人的“墳墓”。汶川地震震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地震中很多樓梯間倒塌破壞，不僅埋入、砸傷了很多人，而且堵塞了疏散通道，耽誤了逃生人員和救援人員的寶貴時間，造成慘重損失。因此，在抗震設計中既要保證大震下結(jié)構(gòu)不能倒塌，同時還要保證作為逃生和救援出入口的樓梯間的安全，這才是我們工程設計的目標。
3框架結(jié)構(gòu)中現(xiàn)澆樓梯震害分析
3.1梯段板破壞分析
汶川地震中框架結(jié)構(gòu)樓梯梯段板破壞主要表現(xiàn)為:梯段板在一個梯度常出現(xiàn)一道或多道裂縫，位置在距離兩端支座約L/4跨處和跨中處，水平裂縫處混凝土被壓碎，鋼筋被拉斷或壓曲，梯板甚至斷裂。產(chǎn)生以上震害的原因是:結(jié)構(gòu)在抵御地震作用的過程中，樓梯的上下梯段板與框架樓板相連，根據(jù)樓板的剛性假定，地震力的傳遞在此處并不間斷;同時休息平臺梁和梯柱使休息平臺與框架主體結(jié)構(gòu)相連接，保證了水平荷載傳遞過程中樓梯上附加的豎向荷載的平衡，整個樓梯實質(zhì)上形成了一個空間的“K"形支撐體系。但依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范(GB 50011-2001》》(中華人民共和國國家標準，2001)設計的樓梯，梯段板被簡化為僅受豎向荷載作用，而不承受水平地震力的獨立受彎構(gòu)件，而實際結(jié)構(gòu)中，梯段板在地震力作用下是一個拉彎或壓彎構(gòu)件，所以依據(jù)受彎標準而設計的梯板當受到拉力作用時板將嚴重開裂，在壓力作用下鋼筋將被壓曲，導致裂縫截面附近混凝土迸裂脫落;如果梯段板配筋中使用了冷加工鋼筋作為受力筋，那么在拉彎作用下將導致板的斷裂。另外在施工中梯段板的負筋在跨度的1/4-1/3處被切斷，負筋的切斷造成了梯板受拉剛度的突變，所以受力中梯段板的斷裂處剛好是負筋的截斷點處。
3.2樓梯間框架 角柱的破壞分析
樓梯間角柱的破壞主要表現(xiàn)為角柱跨中部位發(fā)生剪切破壞，鋼筋屈曲，混凝土壓碎。產(chǎn)生此類震害的原因是:板式樓梯通過平臺梁和平臺板與框架柱相連，休息平臺的存在使得樓梯間角柱在平臺位置增加了一個約束，框架角柱凈高變成了其他位置處框架柱的一半，在地震力作用下柱子由于平臺板的約束由原來的長柱變成了剛度較大的短柱，承受到其它框架柱數(shù)倍的地震剪力，導致發(fā)生常見的短柱破壞。
3.3樓梯間梯柱的破壞分析
樓梯梯柱即所謂的根據(jù)需要和抗震要求而設置的構(gòu)造柱，截面較小，一般取為200mmX200mm或240mm X 240mm。大震中大量出現(xiàn)梯柱柱頭破損，混凝土酥碎的現(xiàn)象，主要破壞的原因可能是:一方面梯柱截面較小，未考慮實際地震作用產(chǎn)生的彎矩和剪力，僅按構(gòu)造要求配筋;另一方面節(jié)點核心區(qū)承受較復雜的彎剪復合受力，但節(jié)點處鋼筋較為密集，混凝土澆筑難以密實，施工質(zhì)量較差，強度較低。
3.4樓梯平臺梁、 平臺板的破壞分析
平臺梯梁的震害主要出現(xiàn)在梁端及上下梯板相交處，而平臺板震害主要表現(xiàn)為剪切裂.縫。平臺板中的剪切裂縫有兩種表現(xiàn): 一種是平臺梁處出現(xiàn)的剪切裂縫進一步發(fā)展成為了上下梯板相交處的平臺板剪切裂縫;另-種是沿梯梁邊緣產(chǎn)生的平臺板受拉裂縫。震害嚴重的鋼筋暴露，混凝土保護層脫落。產(chǎn)生該震害的主要原因為:在反復水平地震作用下，樓梯構(gòu)件在框架中起了“K”形支撐的作用，作為水平支撐構(gòu)件的中間層休息平臺耗散了部分地震能量:而不在同一平面內(nèi)的樓梯上下梯段板反復推拉，平臺粱、板承受空間的彎矩、剪力和扭矩的復合作用，受力狀態(tài)很為復雜，常致使平臺梁在跨中發(fā)生剪扭破壞，兩端節(jié)點出現(xiàn)塑性鉸，混凝土酥碎，鋼筋籠扭曲變形，平臺梁跨中裂縫向平臺板延伸。
3.5樓梯梯段板施工 縫處的破壞分析
根據(jù)施工縫留置的原則，一般施工縫留在構(gòu)件受力較小且便于施工的部位。工程上樓梯.梯段板的施工縫常留置在梯段板的1/3跨處,也有的留在樓梯踏步的上三步或下三步的位置。大震下梯段板施工縫處發(fā)生明顯破壞，混凝土保護層脫落，鋼筋屈曲，嚴重的發(fā)生斷裂。產(chǎn)生此類震害的原因是:因施工工藝問題，縫中常存在一些殘渣，導致新澆筑的混凝土和原有混凝土結(jié)臺面處強度很差，在地震作用下尤其是豎向地震作用下易產(chǎn)生上下錯動而使梯段板發(fā)生剪斷破壞。
汶川地震震害資料是我們的同胞用生命和巨大的經(jīng)濟損失換來的，十分珍貴。震后的每:一類破 壞都應被結(jié)構(gòu)人員所重視。汶川地震中大量框架結(jié)構(gòu)樓梯的嚴重破壞,充分反映出《建筑抗震設計規(guī)范(GB 50011-2001 )》(中華人民共和國國家標準，2001)中關(guān)于樓梯的設計方法和構(gòu)造措施等存在著嚴重的不足，結(jié)構(gòu)人員應針對樓梯的震害狀況，進一步完善樓梯設計的方法，并加強構(gòu)造等措施，使樓梯在面對大震時真正發(fā)揮“安全島”的作用。引起樓梯在地震中發(fā)生破壞的原因很多，下面給出幾點建議，以供在樓梯設計和施工中借鑒。
(1)從概念設計的角度出發(fā)，框架結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)澆樓梯應盡量避免布置在建筑的拐角端邊處，宜布置在框架的第二跨。
(2)當現(xiàn)澆樓梯的平面布置接近對稱且位于整體剛度有利的位置時，應在設計中準確分析樓梯系統(tǒng)在地震力作用下的受力狀況，并根據(jù)分析結(jié)果加大構(gòu)件截面和配筋，充分發(fā)揮梯段板的斜撐作用(尹保江等，2008)。
(3)當現(xiàn)澆樓梯的平面位置受限，可能給整體結(jié)構(gòu)的剛度分布帶來不利影響時，在設計時應弱化樓梯系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)的連接，使其在水平地震作用下成為相對獨立的自由體系，可采用.的措施有:切斷平臺板與框架柱的聯(lián)系，在框架梁上另設兩個梯柱支撐平臺板，減少樓梯平臺對框架柱的影響:或在梯段板與平臺板或樓板連接處采用構(gòu)造措施，設置類似于滑動支承的連接形式，使梯段板在水平地震作用下只發(fā)生相對水平滑移，不產(chǎn)生拉壓等變形，削弱樓梯參與整體側(cè)向受力(任或，2009)。
(4)梯段板的施工縫不宜留置在梯段板跨中位置，應盡量留在平臺板或平臺梁內(nèi)，且嚴格控制施工質(zhì)量，避免隱患發(fā)生。
(5)確保地震中鋼筋延性的發(fā)揮，建議不要在樓梯梯段板中使用冷加工鋼筋。
(6)填充墻的存在有利于樓梯間抗震性能的提高，可減輕現(xiàn)澆樓梯構(gòu)件的破壞程度。因此應加強樓梯間填充墻的抗震設計，以及采取必要的抗震構(gòu)造措施，提高其抗震性能。
(7)加強樓梯間的概念設計，重視《建筑抗震設計規(guī)范(GB 50011-2010)》(中華人民共和國國家標準，2010)中樓梯設計中的構(gòu)造措施(蘇啟旺等，2008)， 如:箍筋應沿“框架短柱”全高加密，梯段板上部的負筋應拉通，形成雙層雙向鋼筋配置，現(xiàn)澆樓梯休息平臺處伸出墻外的雨棚等下部必須有柱支撐等。
