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框架结构中楼梯的组成拆分和震害分析

发布时间:2019-02-19 15:19

框架结构中楼梯的组成拆分和震害分析

楼梯是建筑物的重要组成部分,发生地震或火灾时,也是重要的逃生通道,所以,楼梯十分重要。震害结果表明,钢筋混凝土框架结构的楼梯间破坏非常严重,甚至先于主体结构破坏,导致许多人由于逃生通道破坏而伤亡。

一、 框架结构中楼梯的组成

楼梯由楼梯梯段、楼层平台和中间平台、扶手、栏杆(栏板)等几大部分组成。

1. 楼梯段

楼梯段又称为梯段或梯跑,是指设有若干踏步供层间上下行走的倾斜构件,是楼梯的主要部分。踏步的上表面称为踏面,踏步的侧面称为踢面,踏面与踢面的相交处称为踏口,踏步的数量称为“步”或“级”。为减少人们上下楼梯时的疲劳和适应人们行走的习惯,一段楼梯的踏步数量最多不超过 18 级,同时,考虑到踏步数太少不宜为人察觉,所以宜不少于 3 级。

2. 楼梯平台

楼梯梯段与楼面连接的水平段称之为楼梯平台,目的是供楼梯转折或者供人们稍加休息。楼梯平台分两种,与楼层标高相一致的称之为楼层平台,在两个楼层之间的平台称之为中间平台。

3. 栏杆和扶手

栏杆作为楼梯段的安全设施,通常设置在梯段和平台的临空边缘;要求栏杆具有足够的安全高度。栏杆的上部供人们倚扶的配件叫做扶手。在公共的建筑中,当梯段比较宽时,经常在楼梯段和平台的靠墙一侧设置靠墙的扶手。

4. 梯柱

在框架结构中,梯柱主要承受平台梁传来的荷载,是主要的竖向受力构件。

二、 框架结构楼梯的主要震害

震害现象表明,框架结构抗震的薄弱环节是楼梯间,主要表现在:梯段板、楼梯间填充墙、楼梯间框架角柱、梯柱、平台梁、平台板的破坏。

1. 梯段板的破坏

发生地震时,梯段板水平裂缝处混凝土被压碎,板面向下弯曲,最后发生断裂。分析其原因,楼梯像一个“K”型支撑体系一样,与框架结构整体相连。发生地震的时候,梯段板作为支撑体系,承受了大量的地震传来的剪力。此时的梯段板承受水平的地震力,属于拉弯或压弯构件。所以,以往的规范将楼梯作为纯弯构件是不合理的。

2. 楼梯间填充墙的破坏

填充墙属于非结构构件。当地震来临时,由于填充墙与框架结构本身的连接不够牢固,会导致墙体坍塌,阻挡了逃生通道,当楼梯处于建筑物两端时,受力更复杂,更容易出现墙体坍塌或“X”形的裂缝。出现这些破坏的原因是,填充墙的变形能力小,墙体的受剪承载力低,墙体和框架结构本身的拉结能力较弱,在地震力的反复作用下,墙体很容易发生剪切破坏,最后发生坍塌。楼梯间填充墙的破坏形式如图1-3所示。

3. 楼梯间框架柱的破坏

楼梯间角柱破坏的主要特征是混凝土被压碎,角柱的跨中部位出现钢筋的屈曲,柱子发生剪切破坏。其原因是,连接休息平台的构件是框架柱和平台梁,这样的连接方式,缩短了框架柱的高度,形成了短柱,角柱承受了很大的地震剪力,当发生地震时,角柱的跨中部位极容易出现剪切屈曲破坏。楼梯间框架角柱的破坏形式如图1-4所示。

4. 梯柱的破坏

梯柱的作用是承受梯梁传来的竖向荷载,它与框架梁相连,通常截面尺寸比较小,一般为200mm×200mm或者240mm×240mm。因为梯柱截面尺寸小,不能承受地震作用下产生的弯矩和剪力。在梯柱节点的核心区域,存在较为复杂的弯剪复合力,但是,在节点处钢筋的布置却非常密集,在施工中,由于施工人员的疏忽,容易造成此处的混凝土施工质量下降,在地震中也存在着安全隐患。休息平台又约束着梯柱,易发生短柱破坏。梯柱的破坏形式如图1-5所示。

5. 楼梯的平台梁、板的破坏

在平台梁的两端和跨中,容易出现混凝土保护层脱落、钢筋外露的情况。在地震力的作用下,梯梁不仅要承受梯板传来的竖向力和水平力,还要承受着反复的地震作用。而梯梁在框架结构中是斜着放置的,使得平台梁、板在空间上承受着弯矩、扭矩和剪力复合的应力作用,受力状态非常复杂,导致了楼梯平台梁在跨中发生扭剪破坏,梁中的钢筋没有充分发挥作用,过早的屈服,两端节点出现了塑性铰。楼梯的平台梁、板的破坏形式如图1-6所示。

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