關於混凝土樓梯設計的硬核探討

fans news 發佈 2021-11-25T11:44:42+00:00

審圖意見:1)梯柱應符合規範5.1.2條中「柱」構件的耐火時限要求,防火等級一級建築中,柱截面不得小於300X300或200X500。

本篇文章轉自公眾號「 nvslch結構空間」,作者nvslch.

【01】審圖針對梯柱的具體要求和依據

1、審圖意見:

1)梯柱應符合規範5.1.2條中「柱」構件的耐火時限要求,防火等級一級建築中,柱截面不得小於300X300或200X500。

2)抗震要求,柱截面不得小於300X300或等面積截面。

2、依據:

1)根據《防火規範》的相關要求,見圖1及圖2,考慮耐火時限。

2)根據某些參考書籍,見圖3、圖4、圖5、圖6,作者從抗震角度出發,重視樓梯柱設計,設定最小截面、配筋要求及抗震構造等級等。

3)《抗規》3.6.6條,計算中應考慮樓梯構件的影響。《砼規》11.4.11條,柱截面不宜小於300mm。

【02】探討

首先,要明確樓梯柱在整體結構中所起的作用,再根據其目的確定各類措施。

1、梯段起斜撐作用(框架結構中),此時樓梯是整體受力的重要構件,梯段起斜撐作用,梯柱雙向偏心受力。應儘量滿足框架的要求,截面不宜過小,適當的剛度才能起到傳遞樓層地震作用的效果,但不拘泥於某個特點尺寸,根據整體分析結果進行設計。

2、其它結構中的樓梯,或位於剛性殼包圍中,或作滑動脫開處理。建議平台部分也做完全脫開處理。梯段脫開後,因平台位於半層高度,梯段不產生拉壓作用,但梯段及平台對結構整體扭轉和自身質量引起的面外扭動反應較大,故也要加強構件的配筋。在具體設計中常簡化為建築構件,構造上考慮滿足抗震構件要求,截面不做限制。下面給出兩組常見設計樣例。

3、防火要求,根據防火規範5.1.2條,一級耐火等級建築,梯段耐火時限為1.5h,梁和樓梯間牆為2.0h。正確理解耐火時限概念,其目的是確保構件在特定時間內不倒塌,對整體來說,主要是豎向構件——柱和牆。樓梯是豎向安全通道,應滿足火災初期的人員疏散和救援通行要求。火災中梯柱僅承擔樓梯自身的豎向作用。古語云:「皮之不存毛將焉附」,周圍「牆倒、板塌」,如果僅僅剩下一根梯柱煢煢孑立,既弔詭也毫無意義。故梯柱滿足相關構件最大耐火時限要求即可,為2.0h,過高的設計目標沒有任何意義(如周邊為防火牆應滿足3.0h要求,避免此處成為薄弱環節)。

4、構件耐火時限附表,可能來自於《建築構件耐火試驗方法第1部分:通用要求(GB/T 9978.1-2008)》的更早版本構件實驗數據,其實驗要求中構件保護層是不含有抹面層的,但實際上,結構構件都會做抹面,實際上保護層厚度增加,構件的耐火性能也會小幅改善。

5、樓梯梁和梯柱的連接:一般情況下,填充牆都採用200或300厚,難以滿足梯梁在梯柱中的抗震錨固。框架中的滑動樓梯,大部分情況下梯柱都是半層設置,若做通高梯柱,建議頂部做鉸接處理,使梯樑上部形成構造柱,避免形成框架中套框架,受力複雜化。梯梁和梯柱按搭接考慮,具體參加《砼規》11.6.7條g、h節點。

【03】總結

1、關於梯柱截面本是個結構設計問題,某些審查人混淆了抗震重要構件和構件耐火時間的聯繫,二者不存在等效關係。規範千萬條,核心目的是安全可靠,經濟合理,脫離核心目的的審查要求值得商榷。結構師通過學習防火規範,把握規範中構件耐火極限限值的出發點和目的,不可斷章取義。

2、主體結構牆、柱,在火災中的有限時間內不倒塌,給疏散救援、滅火以緩衝時間,樓梯及附屬構件屬於不影響整體倒塌,故無需按主體構件要求的耐火時間。

參考文獻

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