探討樓梯構(gòu)件對結(jié)構(gòu)整體的抗震性能影響.

1、探討樓梯構(gòu)件對結(jié)構(gòu)整體的抗震性能影響一、引言在以往結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般是將樓梯部分的荷載轉(zhuǎn)化為等效荷載加到周邊構(gòu)件，梯 板、平臺板、梯柱等構(gòu)件單獨(dú)計算，沒有考慮樓梯參與結(jié)構(gòu)整體的計算分析，關(guān)于 樓梯構(gòu)件對結(jié)構(gòu)整體的抗震性能影響不很清楚。以往這種將樓梯部分簡化為等效荷載的考慮方式使我們現(xiàn)在的設(shè)計中存在重大 的安全隱患。樓梯是重要的逃生通道，樓梯破壞意味著逃生通道被截斷。在5. 12 地震中大量樓梯構(gòu)件在地震的反復(fù)作用下發(fā)生破壞，導(dǎo)致逃生人員不能順利逃離， 失去了寶貴的生命，在地震中，樓梯對周圍構(gòu)件的影響主要有兩種 體現(xiàn)，一種為樓 梯間的整體破壞，另一種為樓梯間角柱的剪切破壞。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，我們有責(zé)

2、 任從災(zāi)難中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，并運(yùn)用到以后設(shè)計中。汶川地震發(fā)生后，規(guī)范編制組對建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范GB50011-2001進(jìn)行了局部修訂，在3. 6. 6. 1條中新增了 “計算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響”，該條的條 文說明中介紹“本次修訂，考慮到樓梯的梯板等具有斜撐的受力狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)的整 體剛度有較明顯的影響。建議在結(jié)構(gòu)計算中予以適當(dāng)考慮。”。之后 規(guī)范編制組提 出了建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范GB50011-20xx的征求意見稿，在6. 1.5條中新增了 “樓梯間的布置不應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)平面顯著不規(guī)則，并應(yīng)對樓梯構(gòu)件 進(jìn)行抗震承載力驗算”，在6. 1. 15條中新增了 “樓梯休息板的橫梁和樓梯邊梁不 宜直接支承在框架柱

3、上，支承樓梯的框架柱應(yīng)考慮休息板的約束和可能引起的短 柱”。這也反映出樓梯做為整體結(jié)構(gòu)的一部分要參與到整體分析中的必要性和迫切 性。本文通過對典型算例的分析來探討樓梯對主體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。二、模型簡介本文研究的算例為典型的4層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)宿舍樓，按樓梯位置的不同分為6種情況，其平面布置圖如圖2.1 ,2.2所示。算例的基本參數(shù)為：縱向7X 6m橫向6m+2 4m+6m層高3. 6m,樓板厚均為100mm梯板140mm樓 梯休息平臺板100mm梁、柱、板采用混凝土 C30,縱向鋼筋HRB400箍筋HRB335場地 類別川類，抗震設(shè)防類別7度（015呂）,設(shè)計地震分組第一組，抗震等級三級

4、。假定所有構(gòu)件均為均質(zhì)材料，框架柱與框架梁連接簡化為固接，次梁與框架梁 連接簡化為較接，樓板與邊梁的連接簡化為簡支。柱、梁（包括樓梯柱、梁）采用直線桿單元模擬，直線桿單元為空間桿件 單 元，具有雙向彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向變形、雙軸剪切變形效應(yīng)。樓板采用膜單元 模擬， 膜單元只給結(jié)構(gòu)提供平面內(nèi)的剛度，不提供平面外的剛度，只承受面內(nèi)的力和法向 彎矩。三、在地震作用下樓梯構(gòu)件對整體結(jié)構(gòu)的影響通過對考慮樓梯在位置1時的 模型和不考慮樓梯模型兩種情況的有限元分析，將分析結(jié)果列于表3-1中，從表3-1中可知樓梯對結(jié)構(gòu)X向和丫向的剛度 都有 影響，對丫向的影響最大。從圖31可以看出層2位移角的變化最明顯，隨著層數(shù)

5、的增加影響逐漸減少四、樓梯布置I在不同位置對框架結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律1）設(shè)置兩個樓梯時，從表4-1可以看出樓梯布置在平面位置2時Y向地震 下頂點(diǎn)位移、層間位移角、層間位移比最小，結(jié)構(gòu)的剛度最好，扭轉(zhuǎn)變形的影響最小。2）只設(shè)1個樓梯時，隨著樓梯位置從樓層對稱軸向兩端改變，丫向地震下 頂點(diǎn)位移、層間位移角、層間位移比等逐漸增大。層間位移比從位置6的1. 03增 加到位置4的1.34,說明樓梯剛度對框架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形影響很大。邊柱A在丫 向地震作用的軸力、彎矩和剪力在6位置比在1位置增大約37%o3）樓梯不同布置在丫向地震作用下的計算結(jié)果比較見表4-1 o五、樓梯對樓梯間角柱的影響以樓梯在位置1時為例，通

6、過分析比較樓梯對樓梯間框架角柱的影響較大， 對其他柱影響較小。樓梯間框架角柱和相鄰柱在丫向地震作用下軸力見表5-1。六、結(jié)論通過分析軟件的計算結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：1 ）樓梯構(gòu)件對結(jié)構(gòu)剛度有一定的貢獻(xiàn)，結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)值隨樓梯布置位置的 不同而變化。當(dāng)樓梯對稱布置在平面的四分之一部位（即位置2）處時，對 整體結(jié) 構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)值最大；當(dāng)樓梯對稱布置在平面的中間部位時，對整體結(jié)構(gòu)剛度的貢 獻(xiàn)值最小。2）樓梯間在平面布置上的不對稱，造成結(jié)構(gòu)平面剛度分布不均勻，扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 增大，設(shè)計時宜考慮樓梯間對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。對于平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，當(dāng)樓梯布 置在結(jié)構(gòu)的角部時，應(yīng)將樓梯構(gòu)件進(jìn)行簡化建入模型之中，在此基

7、礎(chǔ)上再進(jìn)行結(jié)構(gòu) 的調(diào)整，才能夠更加符合實際情況，有效的降低結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。3）由于樓梯對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)作用，使得與樓梯相連接的框架柱軸壓力加 大，軸壓比變大，當(dāng)框架柱的軸壓比接近規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)限制時應(yīng)引起注意。由于 休息平臺梁與框架柱相連，使得框架柱形成短柱，造成該框架短柱的剪切 破壞，進(jìn) 而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的破壞，這就要求設(shè)計人員必須采取可靠的構(gòu)造措施 來保證短柱部 分安全可靠。但是現(xiàn)在大部分軟件無法將樓梯與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，建議取消 與框架柱相連的休息平臺梁，休息平臺采用懸挑樓板的方式可以切實有效的解決短 柱的問題。通過以上分析可知，樓梯構(gòu)件作為建筑物不可缺少的部分，在抗震性能方面對 整體建筑有著不容忽視的影響，樓梯構(gòu)件參與整體計算以后對整體結(jié)構(gòu)周期、位 移、地震力等都產(chǎn)生了一定的影響，實際設(shè)計