2.5　楼梯的抗震概念设计

2.5.1　框架结构楼梯间的震害

历次大地震的震害表明，在地震作用下，框架结构中楼梯间的破坏形式主要有如下几种。

①梯段板破坏，即梯段板板底在1/4～1/3跨位置出现大量裂缝或较宽裂缝，混凝土脱落，钢筋裸露甚至被拉断，破坏严重时梯段板整体坍塌，如图2-32（a）～（c）所示。

②平台板、平台梁在楼梯井的位置发生剪切破坏，平台板断裂，平台梁端混凝土酥碎，钢筋严重变形，如图2-32（d）、（e）所示。

③梯柱柱顶混凝土酥碎，钢筋扭曲变形，如图2-32（f）所示。

④楼梯间框架柱破坏，即框架柱与平台板或平台梁交接处混凝土酥碎脱落，钢筋屈服破坏，有时钢筋呈灯笼式破坏形式。如图2-32（g）、（h）所示的支承平台梁的框架柱，明显是短柱，国内外历次震害调查和模拟试验结果均表明，短柱容易发生沿斜裂缝截面滑移、混凝土严重剥落等脆性破坏。其破坏特点是裂缝几乎遍布柱全高，斜向裂缝贯通后，强度急剧下降，破坏非常突然。因此，在结构的抗震设计中，首先设法不使短柱成为主要抗震构件，当无法避免使用短柱时，应该采取必要的措施，比如采用加大纵筋和全长加密箍筋等措施。

⑤楼梯间填充墙体开裂，面层剥落，严重时会发生坍塌，如图2-32（i）所示。

2.5.2　砌体结构楼梯间的震害

楼梯间由梯段板、平台板、平台梁等错层构件组成，楼板不连续，楼梯间空旷薄弱，结构传力复杂，对抗震不利，因此，在砌体结构中，为减轻楼梯间的震害，设置构造柱和圈梁是很好的抗震措施，但是，有时为了降低造价，不设置构造柱和圈梁，只有砖墙和预制板的楼梯间，整体性和抗震性很差，在地震中不可避免会倒塌。如图2-33所示的楼梯间，没有设置构造柱和圈梁，在地震时倒塌。

如果按照规范的规定严格在砌体结构中设置构造柱和圈梁，则在地震作用下，情况比没有设置构造柱和圈梁的房屋好很多，楼梯间不会倒塌。如图2-34所示的楼梯间，因为设置了构造柱和圈梁，在房屋其他部分没有设置构造柱和圈梁的砌体均已倒塌的情况下，依然屹立不倒，这是充分体现了大震不倒的设计理念。

2.5.3　楼梯间的抗震概念设计

在历次大地震中，楼梯间是多层钢筋混凝土框架结构和砌体结构的一个震害集中区，楼梯间往往先于主体结构而产生严重破坏，这直接影响地震发生时的应急使用，甚至导致惨重的伤亡事故。楼梯间在建筑结构设计中只占极小的部分，但是在地震时是唯一的紧急逃生通道，确保楼梯间在大震中不倒是设计中的重中之重，因此，楼梯间的设计应该引起设计人员的足够重视。

2.5.3.1　建筑设计时应考虑楼梯间的平面布置和立面布置

如图2-35所示的一幢住宅楼中间的楼梯间，该楼梯间布置在结构平面的薄弱区域，也就是蜂腰、瓶颈部位。楼梯间所在开间进深较小，建筑平面尺寸突变，刚度也突变。由于刚度突变和应力集中，在地震中发生了巨大破坏，裂缝密布、混凝土破碎，甚至倒塌，严重影响了地震时的人员疏散。从这个实例我们得到的经验是：在建筑设计时，不仅要考虑楼梯间在立面布置上的均衡对称，还要考虑楼梯间在平面布置上的简单、方正，尽量避免平面上的凹凸不平和形状不规则。

2.5.3.2　框架结构楼梯间设置

张耀庭、段剑林在《钢筋混凝土框架结构中楼梯间布置位置的研究》（参见本书参考文献［43］）一文中按照现行规范设计了一栋6层钢筋混凝土框架结构，并选用了6种方案楼梯间布置位置，通过对其进行静力弹塑性分析，研究楼梯间位置对框架结构的振型、内力及破坏机制的影响。分析结果表明：楼梯间的位置对主体结构刚度及内力分布影响较大，在建筑与结构设计时，应考虑楼梯间位置所带来的不利影响。对于普通的钢筋混凝土框架结构，在建筑设计阶段，建议在布置楼梯间时尽量将其分散地布置在结构外围，也就是布置在建筑物周边，这样可使框架结构的扭转效应减小。但楼梯间也不宜布置在最边跨，因为楼梯间布置于边跨会使边柱内力显著增大，对结构造成不利影响，楼梯间应布置在边跨的内一跨。在结构设计阶段，应充分考虑楼梯对框架结构的振动特性及内力分布的影响，并采取构造措施加强内力较大的构件。如果楼梯间布置在结构中部，应着重考虑由此带来的扭转效应的影响。如果楼梯间位置靠近建筑物周边，则应着重考虑与楼梯间相连的框架结构构件内力增大的影响。

《建筑楼梯在2008年汶川大地震中的震害分析》（参见本书参考文献［28］）一文通过对2008年汶川大地震中不同结构类型建筑的楼梯震害分析，并经有限元对比计算，得出如下结论：应考虑楼梯参与主体结构的共同作用，此时应采取增大主体结构侧向刚度措施或者通过构造措施，尽可能减少楼梯参与结构的抗震作用；增设生根于框架梁的附加梯柱，将楼梯与主体结构脱离，把半层休息平台与框架柱分离，避免框架柱形成短柱，在水平方向有效避免地震作用时楼梯对主体结构的不利影响，在竖向荷载作用下，竖向荷载经附加梯柱传至框架梁，框架梁完全可以满足竖向荷载承载要求。

2.5.3.3　砌体结构楼梯间设置

在砌体结构楼梯间平面布置时，建筑与结构应配合良好，既要满足建筑功能的要求，又要保证结构的安全，尽量避免在房屋特殊的部位设置楼梯间，比如容易引起结构扭转破坏的端部和转角处。

砌体结构楼梯间是砌体结构中最薄弱的环节，必须按规范要求设置构造柱和圈梁。

2.5.4　震损梯段板的加固工法

2018汶川大地震之后，哈尔滨工业大学建筑质量评价与加固处理事务所参加了西南科技大学教学楼的震损楼梯加固工作，针对梯段板的破坏情况，给出了切实可行的梯段板加固方案，加固工法特别做如下说明。

①在震损梯段板下设置足够的支撑，支撑数量与布置方法视支撑杆件的材料、截面而定。

②清除震损梯段板板底抹灰直至板底结构层，并将结构层表面进行凿毛处理。

③清除震损梯段板板底抹灰层后，若发现震损梯段板在施工缝处出现水平裂缝，则剔除施工缝宽度范围内的（含台阶）破碎混凝土，并用C30微膨胀细石混凝土置换（为达到微膨胀，可加入水泥用量6%的UEA）。

④在震损梯段板的下表面设置M8膨胀螺栓，双向间距200mm，螺栓深入震损梯段板的深度60mm，在距震损梯段板原结构层底面27mm（净距）处垂直于螺栓焊接8@200的分布钢筋（分布钢筋长度等于梯段板宽度），在分布钢筋上方布置沿震损梯段板跨度方向的12@120的受力筋，受力筋两端植入平台梁的植入长度为180mm（成孔直径15mm，采用专用植筋胶）。

⑤喷射设计强度等级为C30的细石混凝土，厚度为50mm。

震损梯段板的加固方法如图2-36所示。图2-37为震损梯段板加固施工过程中的梯段板钢筋布置情况。震损楼梯梯段板的加固也可采用贴碳纤维布的加固方法。