楼梯设计常见问题探讨(张 伟，李 斌，黄 杰/2 结构设计存在的问题 2.1 梯板厚度取值原则楼梯间梯板板厚的确定，是基于以往设计经验的总结，一般取(1/25~1/28)L (L 为梯板板跨)。
需要引起注意的是，当跨度相同时，梯板板厚一般会稍大于楼层板厚。
其原因是二者的支承条件不同，常见板式楼梯梯段支承形式为两对边简支或固定，其余两边为自由的单向板。
在实际工程中，由于设计不合理，存在当梯板板跨较大时，梯板厚度取值偏小的问题。
当施工完毕后，行人在楼梯上行走或跳跃，梯板会存在较大的振动，说明楼梯刚度偏小，因此梯板厚度取值应慎重。
对遇到梯板及其相邻板跨跨度相差较大时，二者对应的板厚不宜相差较大。
常见的案例为：梯板跨度较大，而相邻楼层板或休息平台跨度较小，若二者仅按照两个单独构件选取板厚，可能会出现板厚差值较大的问题。
从弯矩平衡的角度考虑，在大、小跨度相邻支座处产生的负弯矩需要左右两侧楼板平衡。
这不仅仅需要合理的钢筋配置，而且相邻楼层与休息平台板厚的差值不应太大，则相应板内沿梯板跨度方向的纵筋配置也会相差较小，这样较为合理。
反之，若仅按照大跨取较厚楼板、小跨度取较薄楼板，二者板厚相差较大。
当二者板厚相差较大时，特别对于在梯板起始和终止位置，梯梁位置内退一定距离的情况(图1中B~D 型)，在位于梯梁两侧的支座配筋，会由于位于休息平台一侧板厚较薄，支座配筋面积由该侧控制的不合理情况，设计中应注意避免此类情况发生。
图1 梯板类别2.2 楼梯抗震构造措施5·12汶川地震震害调查发现：大量钢筋混凝土楼梯间出现了严重震害，导致作为关键疏散通道的楼梯间在紧急情况下不能发挥应有的疏散作用，造成大量的生命和财产的损失，《建筑抗震设计规范》○A 号筋)，以保证水平地震力的有效传递，避免出现梯段受拉破坏。
图2 梯段配筋形式另外，对于与框架柱、梯柱相连的梯梁应按照框架梁的构造要求执行，如：纵筋锚固长度、箍筋加密区等要求。
2.3 计算模型与实际受力不符对梯梁进行计算分析和配筋设计时，应重视梯梁两端具体的支承条件。
特别需要指出的是：当梯梁一侧或两侧支承于具有较大刚度的框架柱或剪力墙时，与楼层框架梁相同，支座处应考虑实际存在的负弯矩作用，根据计算结果，配置相应的支座钢筋。
一般常见的梯梁和梯板以单跨居多，若遇到多跨的情况，应注意楼梯计算模型与实际受力情况相符的问题。
多跨梯段的计算模型可以认为是斜置的多跨连续梁，设置于休息平台标高位置的梯梁相当于多跨梯板的支座，故该区域存在支座负弯矩作用，梯板配筋时应考虑设置支座负筋。
若未能根据实际受力情况进行计算分析和配筋设计，可能会造成楼梯设计的安全隐患(图3)。
故在楼梯设计时，应注意每部楼梯梯梁和梯段的实际受力状态，不但计算模型要符合实际受力前提下，尽可能将楼梯间边角设置框架柱或剪力墙。
图4为某中学宿舍楼，楼梯间设置于角部区域，楼梯间宽度占柱网尺寸的一半，在轴④×○B位置增设框架柱，既可兼做位于半层位置休息平台的梯柱，又可简化楼梯间传力途径，增强结构体系抗震性能。
图4 楼梯间边跨增设框架柱实例梯柱的设置，常见情况是在位于梯段起始位置设置，用于给该位置梯梁提供支座。
经过实际工程的对比，认为梯柱的设置原则为能不设置尽量不设置。
具体而言，当梯板+休息平台的总跨度较小时，尽可能取消位于梯板一侧(或两侧)的梯柱和梯梁（例如：图1中A型楼梯中的梯梁），理由如下：1)简化楼梯构件的传力途径；2)若遇到梯段净高余地较小时，可最大程度增加楼段净空高度；3)取消不必要的梯梁和梯柱，就楼梯总体而言，在合理的跨度范围之内(一般指总跨度不大于4m)，对土建造价影响较少；4)减少楼梯间传力途径，利于抗震。
当遇到层高较高的楼梯间时，应注意梯柱设置的起始标高。
常用的方法是梯柱自楼层梁开始设置，到所支承的休息平台处终止。
若楼层层高较高时，该楼层高度范围内，有可能需要设置3~4跑梯段往返方能到达上一楼层。
相应带来的问题是支承位于较高位置休息平台的梯柱高度会较高。
一般除框架柱兼做梯柱以外，自楼层梁上设置的梯柱受到楼梯间和相邻房间净宽的客观需求，其截面尺寸相对较小，若梯柱高度较高(一般指层高不小于5m)或所支承梯梁跨度较大(一般指层高不小于4m)时，客观上会造成梯柱刚度不足，楼梯间构件组成出现“头重脚轻”的问题。
为弥补以上不足，建议楼梯间梯柱延伸至上一楼层梁内，使得梯柱上下两段均能形成较为可靠的连接，由此增强了楼梯间的整体性能。
同时，应注意到由于梯柱起始位置的变化，对相应该位置的楼层梁受力性能产生影响，对其配筋设计应予以特别关注。
2.5 梯板配筋构造形式与竖向构件关系一般情况下，除在楼层位置设置必要的支承构件(如梯柱、梯梁)外，梯板配筋与楼层梁板无直接联系，二者相对独立。
但是遇到特殊情况时也有例外，二者可能存在互为支承、互相制约的受力体系。
图5 楼梯间边跨设置一字形剪力墙实例图5为某剪力墙结构，总高度99.6m，基于建筑功能和结构整体剪力墙布置的需要，在位于楼梯间一侧位置剪力墙布置形式为一字形墙，标准层墙厚200mm。
一字形剪力墙平面位置基本处于梯段跨度范围之内，剪力墙平面外仅一侧与楼层相连，而另一侧是与梯板完全脱开，造成事实上沿整个建筑物总高度内，该段墙体靠近楼梯间一侧无楼层梁板联系，显然，若有可能通过一定构造措施增强该段剪力墙侧向支撑，对其稳定性是有利的。
考虑到楼梯间梯段可视为斜置的楼板，若将垂直于梯板跨度方向的上下层梯板内分布钢筋均伸入该段墙内，其二者的受力状况变化描述如下：1)一字形剪力墙平面外楼层一侧提供侧向支撑外，在另一侧相当于增设了侧向支撑，增强了剪力墙平面外稳定性；2)梯段受力形式由原来的两对边支承、两对边自由转化为三边支承、一边自由。
梯板主导传力途径由原来的沿梯板跨度方向转化为沿垂直于梯板跨度方向为主、沿主跨度方向为辅。
故对梯板的配筋设计应与实际传力途径相互对应。
2.6 结构体系与楼梯间受力关系为研究楼梯间在地震作用下对整体结构抗震性能的相互影响，文[2]通过选取实际工程中常用的不同柱网尺寸的框架结构，将楼梯间分别布置于角部、中部等常用位置。
在整体计算模型中分别计入或不计入楼梯，进行不同组合后计算分析对比，有以下主要结论：1)是否考虑楼梯作用，计算模型反映出结构体系抗震性能存在较大差异。
2)楼梯起到类似斜撑作用，对结构体系具有较大的刚度贡献。
但是，随着楼梯间位置的变化，结构体系抗扭刚度随之发生较大变化。
特别是楼梯间不对称布置时，会加剧结构体系扭转效应，不利于抗震。
3)楼梯间与整体结构受力性能存在互相影响，与以往将楼梯间作为构件的设计方法比较，楼梯间本身与楼梯间相邻框架梁柱均存在应力集中现象。
基于以上研究成果有以下认识：1)对框架结构而言，楼梯间对结构体系抗震性能有较大影响，若采用传统楼梯设计方法，很难在根本上解决该问题。
故反向思维，若能将楼梯间和主体结构脱开，楼梯不与整体结构共同工作，梯段成为真正意义“附属于结构体系上的结构构件”，可有效缓解地震作用下楼梯间对主体结构的不利影响。
该方法不失为一种便于实际操作的方法，值得在实际工程中推广应用。
2)对带剪力墙的结构，若有条件沿楼梯间周边设置适量剪力墙，剪力墙会对楼梯间起到较大的约束作用，相应会缓解楼梯间对整体结构的不利影响，这也是此类结构体系在结构方案中布置剪力墙时需要注意的问题之一。
2.7 楼梯间荷载的取值对于使用功能为住宅等常见的楼梯间平面形式，标准层层高介于2.8～3.0m 时，标准层以两跑楼梯居多。
从投影角度观察，其梯段和休息平台刚好“占满”楼梯间整个平面位置，故在计算一个楼层高度范围之内的楼梯间荷载时，将其梯段的荷载投影到楼层即可。
但是，当遇到特殊情况，如层高较高(层高5.0～6.0m)，在该楼层高度范围内，其梯段的数量有可能增加到3～4跑。
此时，应注意同样按照楼层计算荷载时，投影到该楼层的楼段会产生叠加，导致其楼梯间面荷载取值增大，显然会大于按照单层梯段的取值。
此种情况在进行整体模型荷载输入时，很容易忽略，使得楼梯间荷载少算，计算结果偏于不安全，应引起足够重视。
另外一个问题是须注意楼梯间荷载的实际传力途径和计算模型传力途径二者之间的差异性，会对楼为：梯板→梯梁→梯柱/3 梯板形式经济性分析虑的问题之一。
图6 A 型和B/C 型楼梯算例为说明问题，选取常见梯段跨度楼梯（图6中，梯段水平投影长度2.52m ，休息平台跨度1.74m ），将其分别设计为A 型和B/C 型，并对其一个楼层楼梯进行设计，见图6，计算其混凝土和钢筋含量。
通过剖面图可见，二者主要区别在于梯梁位置和数量的变化，A 型在梯段起步和终止位置均设置梯梁，并在半层休息平台位置设置梯柱以支承该梯梁。
B/C 型将位于半层休息平台位置梯梁取消，相应该位置梯柱已无设置必要。
由于梯板跨度的变化，后者梯板厚度要大于前者。
通过试设计，统计一个完整梯段范围内梯板、梯柱和梯梁混凝土和钢筋用量见表1，2。
由表1，2可见，仅就混凝土和钢筋用量比较，B/C 型均大于A 型。
但是，二者材料用量相差较少，特别是钢筋用量。
若考虑到施工因素，增加梯梁和梯柱，随之带来的模板、人工和施工进度等因素，显然后者又具有一定优势。
故综合考虑上述两种楼梯类型的优劣性，并兼顾到位于梯段起步和终止位置取消梯（下转第42页）不同情况下楼梯设计工程实例存在的部分问题，希望能对结构工程师在进行楼梯设计时，起到一点拓展思路的作用。
再次需要强调的是在进行楼梯详图的设计时，需要兼顾多方面因素，避免出现影响建筑功能和结构本身的安全隐患。
参考文献[1] GB50011—2001建筑抗震设计规范[S]. 2008年版. 北京：中国建筑工业出版社，2002.[2] 冯远，吴小宾，李从春，等. 现浇楼梯对框架结构的抗震影响分析与设计建议[J]. 土木工程学报，2010(10)：53-62.作者简介：张伟，工学硕士，高级工程师，香港工程师学会正会员，Email：zw_huayi@。