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1.6 楼梯设计

楼梯是多层及高层房屋中的重要组成部分,负责组织竖向交通。目前钢筋混凝土楼梯应用广泛,楼梯的平面布置、踏步尺寸、栏杆形式等由建筑设计确定。

1.6.1 楼梯的种类

板式楼梯和梁式楼梯是最常见的楼梯形式。板式楼梯由梯段板、平台板和平台梁组成,如图1.54(a)所示。板式楼梯的优点是下表面平整,施工支模方便,外观比较轻巧。缺点是梯段板较厚,其厚度为梯段板斜向跨度 的1/30~1/25,混凝土用量和钢材用量较多,一般适用于梯段板水平跨度不超过4m的情况。

梁式楼梯由踏步板、斜梁、平台板和平台梁组成,如图1.54(b)所示。

图1.54 常见楼梯形式

在宾馆、剧院等公共建筑中会采用特殊结构形式的楼梯,如螺旋板式楼梯和悬挑板式楼梯,如图1.55所示。这两种楼梯造型新颖,但其受力复杂,用钢量大,造价高。

图1.55 特殊结构形式楼梯

楼梯的结构设计步骤包括:①根据建筑要求和施工条件,确定楼梯的结构形式和结构布置;②绘制楼梯计算简图,计算恒载及活载;③进行楼梯各部件的内力分析和截面设计;④绘制施工图,处理连接部件的配筋构造。

1.6.2 板式楼梯的内力计算与构造要求

1)内力计算

板式楼梯的设计内容包括梯段板、平台板和平台梁的设计。

(1)梯段板

从梯段板中取出1m宽板带作为计算单元,并近似认为梯段板简支于平台梁上,即将其按斜放的简支梁计算,计算简图如图1.56所示。

图中 l 0 为梯段板两端的平台梁的中心线间的水平距离, 沿梯段板方向的相应斜长。

楼梯的活荷载是按水平投影面计算的,设梯段板单位水平长度上的竖向均布荷载为 p (表示为↓,则沿斜板单位长度上的竖向均布荷载为 p′ = p cos α (表示为↓),此处 α 为梯段板与水平线间的夹角。再将竖向的 p′ 沿垂直于斜板方向及平行于斜板方向分解为:

图1.56 梯段板的计算简图

此处 分别为 在垂直于斜板方向及沿斜板方向的分力。其中, 对斜板的弯矩和剪力没有影响。

,于是斜板的跨中最大弯矩和支座最大剪力可以表示为:

可见,简支斜梁在竖向均布荷载 p (沿单位水平长度)作用下的跨中最大弯矩,等于其水平投影长度的简支梁在 p 作用下的跨中最大弯矩;简支斜梁的最大剪力等于其水平投影长度的简支梁在 p 作用下的最大剪力值乘以cos α

考虑到梯段板与平台梁整浇,平台梁对梯段板的转动变形有一定的约束作用,并非理想铰接,故计算板的跨中正弯矩时,常近似取

截面承载力计算时,斜板的截面高度应垂直于斜面量取,并取齿形的最薄处。

为避免斜板在支座处产生过大的裂缝,应在板面配置一定数量的负弯矩钢筋,一般取 8@200,长度为 l n /4( l n 为梯段板的净跨)。

(2)平台板和平台梁

在钢筋混凝土结构中,休息平台也采用梁、板、柱结构,休息平台柱一般自楼层梁中生根。平台板根据其周边约束及尺寸情况,可能为单向板或双向板。若平台板仅在平行的两边有平台梁支承,则为单向板,可取1m宽板带进行计算。平台板一端与平台梁整体连接,另一端可能支承在砖墙上,也可能与另一侧的平台梁整浇。跨中弯矩可近似取 ,或 。考虑到板支座的转动会受到一定约束,可将板下部钢筋在支座附近弯起,或在板面支座处另配负弯矩钢筋,负弯矩筋伸出板支承边缘长度为 l n /4(如图1.57所示)。

平台梁、平台柱的设计与一般现浇钢筋混凝土梁、柱相似。

图1.57 休息平台板配筋

2)构造要求

梯段板厚度一般不应小于 ,其中 为梯段板斜长,如图1.56所示。梯段板内分布钢筋可采用直径6mm或8mm,每级踏步不少于1根,放置在受力钢筋的内侧。

当梯段板为折线形时,可参照相关设计手册的构造要求配筋。

3)板式楼梯设计例题

1.1】已知某公共建筑现浇板式楼梯,标准层平面布置图如图1.58所示。建筑层高3.0m,踏步尺寸为150mm×300mm。采用C30混凝土,HRB400钢筋(用“ ”表示)。楼梯均布活荷载标准值 q k =3.5kN/m 2 。试设计该楼梯的梯段板TB、平台板PB及梯梁TL1。

图1.58 某楼梯标准层平面布置图

】(1)梯段板TB设计

梯段板倾斜角的正切tan α =150/300=0.5, α =26.565°,cos α =0.894。

梯段板水平计算跨度 l 0 =2.7+0.25=2.95m。

取板厚 h =120mm,为板斜长(2.95÷0.894=3.300)的1/27.5,在建议的1/30~1/25内。取1m宽板带计算。

①荷载计算

梯段板的荷载计算列于表1.5。恒荷载分项系数 γ G =1.3,活荷载分项系数 γ Q =1.5,总荷载设计值 p =1.3×6.52+1.5×3.5=13.73kN/m。

表1.5 梯段板TB的荷载

②截面设计

弯矩设计值 11 .95kN·m。

板的有效高度 h 0 =120-20=100mm。

= ,选配 ,经验算配筋率为0.36%,满足最小配筋率要求

在梯段板上部可按构造要求设置 8@200的负弯矩钢筋,因梯段板参与结构整体受力时为偏压或偏拉构件,该负弯矩钢筋一般通长布置(见图1.59之中的②号钢筋)。

分布筋每级踏步2根 6。梯段板TB配筋如图1.59所示。

图1.59 TB 配筋图

(2)平台板PB设计

设平台板厚 h =80mm,近似将其视作两端支承于TL1和TL2的简支板,取1m宽板带计算。

①荷载计算

平台板的荷载计算列于表1.6。总荷载设计值 p =1.3×2.95+1.5×3.5=9.09kN/m。

表1.6 平台板PB的荷载

②截面设计

平台板的计算跨度 =1.85m。

弯矩设计值 = =3.11kN·m。

板有效高度 h 0 =80-20=60mm。

= ,选配 。经验算配筋率为0.26%,满足最小配筋率要求

(3)平台梁TL1设计

设平台梁截面尺寸为250mm×400mm。

①荷载计算

平台梁的荷载计算列于表1.7。

表1.7 平台梁TL1的荷载

总荷载设计值 p =1.3×15.11+1.5×8.40=32.24kN/m。

②截面设计

计算跨度 l 0 =1.05 l n =1.05×3.35=3.52m。

弯矩设计值

剪力设计值

截面按倒L形计算, =250+5×80=650mm,梁的有效高度 h 0 =400-40=360mm。

经判别,属第一类T形截面

= = ,选配 ,经验算配筋率为0.45%,满足最小配筋率要求

该梁拟配置 6@200双肢箍筋,则斜截面受剪承载力

满足要求。

梁顶设置2 12架立筋,梁TL1的截面配筋如图1.60所示。

图1.60 梯梁TL1配筋图

1.6.3 梁式楼梯的内力计算与构造要求

1)内力计算

(1)踏步板

梁式楼梯的踏步板两端支承在斜梁上,按两端简支的单向板计算,一般取一个踏步作为计算单元,板上作用踏步板自重、上下抹灰和使用活荷载。踏步板为梯形截面,板的截面高度可近似取平均高度 h =( h 1 + h 2 )/2(图1.61),板厚 h 1 一般不小于40mm。

(2)梯段梁

梁式楼梯的梯段梁承受由踏步板传来的荷载和自重,可简化为在均布荷载作用下支承于楼层梁及平台梁的简支斜梁。斜梁的内力计算与板式楼梯的梯段板相同。因踏步板可能位于斜梁截面高度的上部,也可能位于下部,计算时梯段梁截面可取为矩形截面,或考虑踏步板取为倒L形截面。图1.62为斜梁的配筋构造。

图1.61 梁式楼梯的踏步板

图1.62 斜梁的配筋

(3)平台梁

平台梁主要承受梯段梁传来的集中荷载(由上、下跑楼梯梯段梁传来)和平台板传来的均布荷载,一般按简支梁计算。平台梁在其与梯段梁相交处应设置吊筋,吊筋计算方法与普通肋梁楼盖主次梁相交处的吊筋计算方法相同。

2)构造要求

梁式楼梯的每一踏步板一般需配置不少于2根直径6mm的受力钢筋,沿斜向布置的分布钢筋直径不小于6mm,间距不大于250mm。

梯段梁中的纵向受力钢筋在平台梁中应有足够的锚固。

当梁式楼梯出现折角形成折线形斜梁时,梁内折角处的纵向受拉钢筋应分开配置,并各自延伸至梁顶面以满足受拉纵筋的锚固要求。同时还应在该处增设附加箍筋,如图1.63所示。该箍筋应足以承受未伸入受压区锚固的纵向受拉钢筋 A s1 的合力 N s1 ,且在任何情况下不应小于全部纵向受拉钢筋合力的35%(即 N s2 ), N s1 , N s2 按下式计算:

式中 A s1 ——未伸入受压区域的纵向受拉钢筋的截面面积;

A s ——全部纵向受拉钢筋面积;

α ——构件的内折角。

按上述条件求得的箍筋,应布置在长度为 的范围内。

以上介绍的板式楼梯和梁式楼梯的内力计算和设计构造仅为楼梯承受竖向荷载的情况。实际工程中,对于有抗震设防要求的建筑结构中的楼梯,可采用设滑动支座等措施使楼梯不参与主体结构承受地震作用,此时仍可按上述方法进行楼梯设计。若楼梯与钢筋混凝土主体结构现浇在一起,则整体结构的抗震计算需要考虑楼梯构件的影响。此时板式楼梯的梯段板(或梁式楼梯的梯段梁)连同休息平台则会发挥类似斜撑的作用。在这种情况下,楼梯自身的内力计算和设计也需考虑参与整体结构受力带来的影响,应对楼梯内力采用计算机进行辅助分析,并进行抗震承载力验算。

图1.63 折线梁内折角配筋

1.6.4 装配式楼梯

为了节省模板、加快现场施工速度,并与建筑产业化趋势协调,目前在居住建筑中推广使用预制装配式楼梯。常用的预制装配式楼梯有预制板式楼梯和预制梁式楼梯两种,如图1.64所示。可以采用仅梯段板预制,平台梁、平台板现浇的方式,也可以采用梯段板、平台梁、平台板均为预制的方式。预制装配式楼梯适用于普通住宅结构中的双跑楼梯和剪刀楼梯。这些形式的楼梯大多已编有通用标准图集,不必自行设计。

预制装配式楼梯中的各种构件一般按简支构件计算内力,通常不参与整体结构抗震计算。预制装配式楼梯设计必须特别重视各构件间的连接构造。梯段板与平台梁连接处可以采用焊接连接或叠合整浇连接;也可以采用销键连接,一般上端支承处为固定铰支座,下端支承处为滑动铰支座。不同的连接方式应与楼梯计算简图及整体结构的抗震计算协调考虑。在设计时应根据预制加工条件、运输吊装能力等综合考虑,一般楼梯拆分后单个构件的自重不宜超过5 t,施工时应考虑吊装、运输及安装机具的能力。

图1.64 预制式楼梯

预制装配式楼梯平面布置图、剖面图和节点大样参照相关图集。 PNPGxHtJ6x36cXJkijg8wagOE03ETBLMenO65tJBd3ieJpXsa+r21kQZbUMbIXJs

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