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摘要: 根据“《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.6.6条第1款,近年来楼梯抗震设计开始引起设计人员的足够重视。尤其板式楼梯,在结构分析中通常仅按受弯构件进行分析,在汶川地震中出现了各种类型的破坏,为此本文主要从楼梯结构的受力分析、设计及施工措施(特别是施工图绘制)等方面注意的问题进行探讨,提出其中存在的问题和改进思路。
摘要:楼梯 抗震 滑动支座 详图
1. 设计思路
主体结构计算时考虑梯板参与工作,采用合适的断面与配筋来抵抗震作用,可归纳为“抗”;另外采用“放”,将半层平台与柱的联系切断,在框架梁靠近框架柱的部位另设独立小柱来支撑梯板或平台板下段采用滑动支座。
2. 设计措施
2.1 楼梯抗震设计的结构型式
2.1.1 楼梯与主体结构整浇的框架结构(包括梯间四周未用剪力墙和连梁围合的框-剪结构)。
(1)楼梯布置应避免特别不规则,楼梯应参与整体抗震计算;
(2)楼梯构件应进行抗震承载力验算,并与正常使用荷载基本组合进行包络设计;
(3)楼梯构件应采取如下抗震构造措施:
①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;
②梯板按斜支撑构件设计,板厚不宜小于140mm,不应小于120mm【参照GB50010-2010第9.4.1、9.4.5条】;
③梯板两侧设置纵向暗梁,暗梁纵筋一、二级不少于612,三、四级不少于412,箍筋不小于φ6@200【图集11G101-2第8页】;
④梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第44页】
2.1.2 楼梯滑动支承于平台板的框架结构
(1)楼梯可不参与整体抗震计算;
(2)楼梯构件按正常使用荷载基本组合进行承载力计算;
(3)楼梯构件采取如下抗震构造措施:
??? ①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;
??? ②梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第40、42页】;
??? ③梯梁加强抗剪抗扭构造,箍筋不小于φ8@150,腰筋不小于N214;梯柱截面不小于墙厚×300,砼标号不低于C25,纵筋不小于414,箍筋不小于φ8@100;梯间框架柱(剪力墙端柱)配筋增大10~20%,箍筋加密。
2.1.3 剪力墙结构、筒体结构以及梯间四周用剪力墙和连梁围合的框-剪结构
(1)楼梯可不参与整体抗震计算;
(2)楼梯构件按正常使用荷载基本组合进行承载力计算;
(3)楼梯构件采取如下抗震构造措施:
???①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;
②梯板厚h<150时分布筋末端可不弯钩;h≥150时分布筋弯直钩伸至对边【GB50010-2010第9.1.10条】,梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;
③梯梁加强抗剪抗扭构造,箍筋不小于φ8@150,腰筋不小于N214;梯柱截面不小于墙厚×300,砼标号不低于C25,纵筋不小于414,箍筋不小于φ8@100;梯間框架柱(剪力墙端柱)配筋增大10~20%,箍筋加密。
2.1.4 其它
(1)与楼梯构件相连的框架柱、框架梁,应计入楼梯构件附加的地震内力(尤其是轴力和剪力);
(2)与楼梯构件不相连的框架柱、框架梁,可按不计入楼梯构件的情况设计。
(3)楼梯的平台梁和平台板由于承受空间的弯矩、剪力和扭矩的作用,受力状态非常复杂,往往在平台梁的中间发生破坏。平台梁设应考虑平台板做为斜撑构件传来的水平剪力。
3. 楼梯图绘制
3.1 图集选用时注意事项
3.1.1 在11G101-2图集中,AT~HT型楼梯不参与整体计算,不采取抗震构造措施,梯板面筋的锚固分为铰接、固接两种情况,底筋均按普通楼板(非抗震构件)锚固5d且伸过支座中线,但对于抗震墙结构和楼梯周围有抗震墙(或抗震墙和连梁)围合的框架-抗震墙结构,梯板的底、面纵筋在支座的锚固长度是否需要考虑充分利用钢筋抗拉强度(以保证梯板遭受地震作用时不脱落),此时注意作为抗震构件,应该有足够的锚固,即应该按laE。?
3.1.2 在11G101-2图集中,采取了抗震构造措施的楼梯类型仅有ATa、ATb、ATc三种,均为两道梯梁之间的梯板全部为踏步段的A形楼梯,但框架结构中其它型式若采用包含平台段的楼梯形式,当两道梯梁之间的梯板由踏步段和平台段组成,梯板仍可按斜撑(抗震构件)设计。
3.1.3 ATc型楼梯平台板也应加强构造,采用双层双向配筋来近似考虑梯板的斜撑作用。
3.2施工图绘制:
3.2.1 构件组成:楼梯图设计主要是梯梁、梯板、梯柱、休息平台板、梯柱基础五部分。
3.2.2计算模式:一般荷载汇集时由梯板按单向板导算,休息平台板按双向板,梯板支座可采用铰接或弹性支座计算。
3.2.3一般问题:
1.)平面图:梯段的平面定位尺寸、长度、台阶数量、宽度,梯柱、梯梁的定位、编号、配筋及断面等详细标明;平台板厚度、平台梁断面配筋设计明确;
2.)剖面图:平台梁、梯梁编号应明确,平台板标高、梯段定位尺寸、台阶数量及高度等与平面保持一致;
3.)节点详图:底层起步做法视具体情况设计,节点参照图集11G101-2第46页选用合适的做法。特别:若主楼部分为柱下独立基础时,起步处单独设计条形刚性基础或增加基础梁。因条形基础施工前一般要先回填土,考虑到施工方便,宜优先按基础梁上生根设计。 4.)与结构无关建筑墙体、门窗等应删掉,细、实线、虚线严格区分,图面字体大小统一,图面整洁。
3.2.4抗震设计注意事项:
1.)楼梯类型:一般主要分为AT、BT、CT、DT、ET五种,FT、GT、HT三种设计中不经常采用,且均不参与结构整体抗震计算。抗震设计时,应采用ATa、ATb、ATc型。
2.)当BT、CT、DT、ET抗震设计时,参照ATa、ATb、ATc型处理。
3.)ATa、ATb型均按低端設置滑动支座支承在梯梁或梯梁的挑板上,低端按铰接计算处理,此时框架结构可不考虑楼梯刚度影响。
4.)分类说明:
a、主体为框架结构和框架剪力墙、框筒结构时:在框架部分的楼梯必须考虑楼梯刚度的影响。当楼梯参与整体计算时,按ATc型处理,措施详见11G101-2图集第8页2.2.6条(梯段计算按铰接或弹性支座、梯板厚不小于140mm、梯板平台板双层双向配筋、梯板两侧设置暗梁)。当楼梯不参与整体计算时,按ATa、ATb型(梯段计算低端按铰接,高端按铰接或弹性支座、梯板双层双向配筋)。
b、主体为剪力墙结构、砌体结构或楼梯在框架剪力墙、框筒结构剪力墙中部分时:无抗震构造措施,不参与结构整体计算。
3.2.6其它:
1.)梯柱设置需注意下部门窗洞影响;梯梁位置及截面尺寸需注意建筑净空的要求(梯板+两端300mm范围净空不小于2200mm,休息平台处不小于2000mm)和结构安全。
2.)剪刀梯中部防火墙设置一般中间楼层需设置托墙梁,支撑在梯梁上。
3.)当梯板较厚时,注意梯梁尺寸一般要比梯板斜面高出30~50mm。
4.)铰接处理采用滑动支座,做法参见图集11G101-2第39~42页。
4 结论与建议
考虑楼梯参与结构整体受力后,由于楼梯板在水平力作用下具有“斜撑”的受力状态, 在水平地震作用下, 将产生较大轴向拉压力;楼梯板由原先只考虑竖向力时的受弯构件,转变为“压弯、拉弯”构件,受力状态复杂化,在楼梯施工图设计中,应严格按其实际受力状态来进行配筋设计和选取相应构造。
参考文献:
[1]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)。
[2]混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(11G101-2)。
摘要:楼梯 抗震 滑动支座 详图
1. 设计思路
主体结构计算时考虑梯板参与工作,采用合适的断面与配筋来抵抗震作用,可归纳为“抗”;另外采用“放”,将半层平台与柱的联系切断,在框架梁靠近框架柱的部位另设独立小柱来支撑梯板或平台板下段采用滑动支座。
2. 设计措施
2.1 楼梯抗震设计的结构型式
2.1.1 楼梯与主体结构整浇的框架结构(包括梯间四周未用剪力墙和连梁围合的框-剪结构)。
(1)楼梯布置应避免特别不规则,楼梯应参与整体抗震计算;
(2)楼梯构件应进行抗震承载力验算,并与正常使用荷载基本组合进行包络设计;
(3)楼梯构件应采取如下抗震构造措施:
①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;
②梯板按斜支撑构件设计,板厚不宜小于140mm,不应小于120mm【参照GB50010-2010第9.4.1、9.4.5条】;
③梯板两侧设置纵向暗梁,暗梁纵筋一、二级不少于612,三、四级不少于412,箍筋不小于φ6@200【图集11G101-2第8页】;
④梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第44页】
2.1.2 楼梯滑动支承于平台板的框架结构
(1)楼梯可不参与整体抗震计算;
(2)楼梯构件按正常使用荷载基本组合进行承载力计算;
(3)楼梯构件采取如下抗震构造措施:
??? ①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;
??? ②梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第40、42页】;
??? ③梯梁加强抗剪抗扭构造,箍筋不小于φ8@150,腰筋不小于N214;梯柱截面不小于墙厚×300,砼标号不低于C25,纵筋不小于414,箍筋不小于φ8@100;梯间框架柱(剪力墙端柱)配筋增大10~20%,箍筋加密。
2.1.3 剪力墙结构、筒体结构以及梯间四周用剪力墙和连梁围合的框-剪结构
(1)楼梯可不参与整体抗震计算;
(2)楼梯构件按正常使用荷载基本组合进行承载力计算;
(3)楼梯构件采取如下抗震构造措施:
???①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;
②梯板厚h<150时分布筋末端可不弯钩;h≥150时分布筋弯直钩伸至对边【GB50010-2010第9.1.10条】,梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;
③梯梁加强抗剪抗扭构造,箍筋不小于φ8@150,腰筋不小于N214;梯柱截面不小于墙厚×300,砼标号不低于C25,纵筋不小于414,箍筋不小于φ8@100;梯間框架柱(剪力墙端柱)配筋增大10~20%,箍筋加密。
2.1.4 其它
(1)与楼梯构件相连的框架柱、框架梁,应计入楼梯构件附加的地震内力(尤其是轴力和剪力);
(2)与楼梯构件不相连的框架柱、框架梁,可按不计入楼梯构件的情况设计。
(3)楼梯的平台梁和平台板由于承受空间的弯矩、剪力和扭矩的作用,受力状态非常复杂,往往在平台梁的中间发生破坏。平台梁设应考虑平台板做为斜撑构件传来的水平剪力。
3. 楼梯图绘制
3.1 图集选用时注意事项
3.1.1 在11G101-2图集中,AT~HT型楼梯不参与整体计算,不采取抗震构造措施,梯板面筋的锚固分为铰接、固接两种情况,底筋均按普通楼板(非抗震构件)锚固5d且伸过支座中线,但对于抗震墙结构和楼梯周围有抗震墙(或抗震墙和连梁)围合的框架-抗震墙结构,梯板的底、面纵筋在支座的锚固长度是否需要考虑充分利用钢筋抗拉强度(以保证梯板遭受地震作用时不脱落),此时注意作为抗震构件,应该有足够的锚固,即应该按laE。?
3.1.2 在11G101-2图集中,采取了抗震构造措施的楼梯类型仅有ATa、ATb、ATc三种,均为两道梯梁之间的梯板全部为踏步段的A形楼梯,但框架结构中其它型式若采用包含平台段的楼梯形式,当两道梯梁之间的梯板由踏步段和平台段组成,梯板仍可按斜撑(抗震构件)设计。
3.1.3 ATc型楼梯平台板也应加强构造,采用双层双向配筋来近似考虑梯板的斜撑作用。
3.2施工图绘制:
3.2.1 构件组成:楼梯图设计主要是梯梁、梯板、梯柱、休息平台板、梯柱基础五部分。
3.2.2计算模式:一般荷载汇集时由梯板按单向板导算,休息平台板按双向板,梯板支座可采用铰接或弹性支座计算。
3.2.3一般问题:
1.)平面图:梯段的平面定位尺寸、长度、台阶数量、宽度,梯柱、梯梁的定位、编号、配筋及断面等详细标明;平台板厚度、平台梁断面配筋设计明确;
2.)剖面图:平台梁、梯梁编号应明确,平台板标高、梯段定位尺寸、台阶数量及高度等与平面保持一致;
3.)节点详图:底层起步做法视具体情况设计,节点参照图集11G101-2第46页选用合适的做法。特别:若主楼部分为柱下独立基础时,起步处单独设计条形刚性基础或增加基础梁。因条形基础施工前一般要先回填土,考虑到施工方便,宜优先按基础梁上生根设计。 4.)与结构无关建筑墙体、门窗等应删掉,细、实线、虚线严格区分,图面字体大小统一,图面整洁。
3.2.4抗震设计注意事项:
1.)楼梯类型:一般主要分为AT、BT、CT、DT、ET五种,FT、GT、HT三种设计中不经常采用,且均不参与结构整体抗震计算。抗震设计时,应采用ATa、ATb、ATc型。
2.)当BT、CT、DT、ET抗震设计时,参照ATa、ATb、ATc型处理。
3.)ATa、ATb型均按低端設置滑动支座支承在梯梁或梯梁的挑板上,低端按铰接计算处理,此时框架结构可不考虑楼梯刚度影响。
4.)分类说明:
a、主体为框架结构和框架剪力墙、框筒结构时:在框架部分的楼梯必须考虑楼梯刚度的影响。当楼梯参与整体计算时,按ATc型处理,措施详见11G101-2图集第8页2.2.6条(梯段计算按铰接或弹性支座、梯板厚不小于140mm、梯板平台板双层双向配筋、梯板两侧设置暗梁)。当楼梯不参与整体计算时,按ATa、ATb型(梯段计算低端按铰接,高端按铰接或弹性支座、梯板双层双向配筋)。
b、主体为剪力墙结构、砌体结构或楼梯在框架剪力墙、框筒结构剪力墙中部分时:无抗震构造措施,不参与结构整体计算。
3.2.6其它:
1.)梯柱设置需注意下部门窗洞影响;梯梁位置及截面尺寸需注意建筑净空的要求(梯板+两端300mm范围净空不小于2200mm,休息平台处不小于2000mm)和结构安全。
2.)剪刀梯中部防火墙设置一般中间楼层需设置托墙梁,支撑在梯梁上。
3.)当梯板较厚时,注意梯梁尺寸一般要比梯板斜面高出30~50mm。
4.)铰接处理采用滑动支座,做法参见图集11G101-2第39~42页。
4 结论与建议
考虑楼梯参与结构整体受力后,由于楼梯板在水平力作用下具有“斜撑”的受力状态, 在水平地震作用下, 将产生较大轴向拉压力;楼梯板由原先只考虑竖向力时的受弯构件,转变为“压弯、拉弯”构件,受力状态复杂化,在楼梯施工图设计中,应严格按其实际受力状态来进行配筋设计和选取相应构造。
参考文献:
[1]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)。
[2]混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(11G101-2)。