鋼筋溷凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯構(gòu)件影響效果分析a

1、研究目的 配合建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂工作，對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯構(gòu)件的影響效果進(jìn)行專題研究， 目標(biāo)：對(duì)樓梯構(gòu)件在整體結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)、樓梯構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)的作用效果及影響程度等有一個(gè)較為清楚的了解與把握，為建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)條款的修訂提供技術(shù)依據(jù)。合作研究機(jī)構(gòu) 中國(guó)建筑科學(xué)研究院 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院 華東建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院 中南建筑設(shè)計(jì)研究院目 次1.樓梯震害情況2.2008抗震規(guī)范局修3.計(jì)算分析模型4.計(jì)算分析結(jié)果5.結(jié)論及建議6.2010規(guī)范相關(guān)修訂1、樓梯震害 2008，汶川大地震中一個(gè)普遍的破壞現(xiàn)象是，作為逃生通道的樓梯間破壞比較嚴(yán)重，造

2、成了相當(dāng)?shù)娜藛T傷亡 2010，玉樹(shù)地震中也存在樓梯破壞現(xiàn)象 8度區(qū)某磚混結(jié)構(gòu)，中部樓梯間倒塌 樓梯踏步痕跡清晰可見(jiàn) 混凝土結(jié)構(gòu)，梯板被拉斷，鋼筋壓屈混凝土結(jié)構(gòu)中，樓梯梁剪扭斷裂鋼筋脆斷2、2008抗震規(guī)范局修1. 第3.6.6條補(bǔ)充規(guī)定，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析時(shí)應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響；2. 第3.7.3條補(bǔ)充規(guī)定，樓梯間的非承重墻體應(yīng)采取措施與主體結(jié)構(gòu)可靠連接或錨固，避免地震時(shí)倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備；3. 第7.3.1條，對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)的樓梯間，明確要求，樓梯間四角以及樓梯段上下端對(duì)應(yīng)的墻體處設(shè)置構(gòu)造柱，共有8根構(gòu)造柱；4. 第7.3.8條提升為強(qiáng)制性條文，要求砌體結(jié)構(gòu)樓梯間墻體在休息平臺(tái)或半層高處設(shè)置

3、鋼筋混凝土帶或配筋磚帶，以及采取其他加強(qiáng)措施，特別要求加強(qiáng)頂層和出屋面樓梯間的抗震構(gòu)造相當(dāng)于約束砌體的構(gòu)造要求。3、計(jì)算分析模型 樓梯： 數(shù)量 布置方式 主結(jié)構(gòu) 開(kāi)間 跨數(shù)構(gòu)建18個(gè)模型（5開(kāi)間系列、7開(kāi)間系列）僅以5開(kāi)間系列為例討論5開(kāi)間系列計(jì)算模型開(kāi)間系列計(jì)算模型序號(hào)編號(hào)主體結(jié)構(gòu)樓梯備注開(kāi)間跨數(shù)數(shù)量（個(gè)）布置方式1A5-1512兩端2C5-1511中部3D5-1511端部4E5-151-對(duì)比模型5A5-3532兩端6B5-3532中部7C5-3531中部8D5-3531端部9E5-353-對(duì)比模型5開(kāi)間系列模型簡(jiǎn)圖模型參數(shù)（1）整體：地上6層，層高3.900m，地坪處設(shè)置拉梁，基礎(chǔ)頂標(biāo)高-

4、2.000m。 （2）材料：柱C40，其余構(gòu)件C30。（3）構(gòu)件：柱650 x650，梯柱300 x300，框架梁均300 x600，梯梁250 x400，樓梯間次梁300 x600，其余次梁250 x500。（4）地震動(dòng)參數(shù)：7度（0.15g），一組，II類場(chǎng)地。（5）計(jì)算軟件：廣東院：GSCAD，其余：ETABS4、計(jì)算分析結(jié)果結(jié)構(gòu)整體影響效果分析側(cè)向剛度 自振周期地震作用側(cè)向變形局部影響效果分析主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力影響分析柱梁樓梯構(gòu)件受力分析 梯段斜板 平臺(tái)梁 平臺(tái)短柱 (1) 基本規(guī)律 考慮樓梯構(gòu)件后，結(jié)構(gòu)整體剛度加大且平面內(nèi)分布不均勻，使結(jié)構(gòu)整體分析結(jié)果（周期、位移、作用、內(nèi)力等）有所

5、變化。 影響程度：與純框架的剛度、樓梯的數(shù)量和布置的位置等情況有關(guān)。 基本規(guī)律： 樓梯剛度與純框架結(jié)構(gòu)剛度的比例越大，則平動(dòng)周期減少越多，總地震作用加大越多， 沿梯板方向影響大，垂直梯板方向影響很??； 樓梯在樓面的兩端對(duì)稱布置，扭轉(zhuǎn)周期明顯減少，扭轉(zhuǎn)位移比減少較多； 樓梯布置在樓面中部，扭轉(zhuǎn)影響不明顯； 樓梯布置在樓面的一端，扭轉(zhuǎn)周期有所減少，但扭轉(zhuǎn)位移比明顯加大。側(cè)向剛度 自振周期 純框架：橫向、縱向和扭轉(zhuǎn)；帶樓梯：第一振型多為縱向，D系模型為扭轉(zhuǎn)。對(duì)典型的三跨框架系列模型： 設(shè)置兩部樓梯，順梯方向周期減少20%左右； 垂直梯板方向略有減少； 扭轉(zhuǎn)周期變化與樓梯布置和數(shù)量有關(guān)： 兩端對(duì)稱布置

6、時(shí)周期減少25%左右 中部集中布置時(shí)基本不變， 一端布置減少不到20%。 地震作用建研院結(jié)果12345672004006008001000Vx (kN)Floor A 5-1 C 5-1 D 5-1 E 5-112345672004006008001000Vy (kN)Floor A 5-1 C 5-1 D 5-1 E 5-1地震作用建研院結(jié)果1234567400800120016002000Vx (kN)Floor A 5-3 B 5-3 C 5-3 D 5-3 E 5-31234567400800120016002000Vy (kN)Floor A 5-3 B 5-3 C 5-3 D 5-

7、3 E 5-3側(cè)向變形框架柱內(nèi)力變化軸力ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.

8、25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.450.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.

9、55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.450.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.

10、65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.450.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.

11、22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.450.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.

12、16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.450.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.

13、28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.450.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.

14、45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.450.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.

15、23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.450.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE

16、ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.45

17、0.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.45

18、0.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.45

19、0.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.45

20、0.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00框架柱內(nèi)力變化剪力框架柱內(nèi)力變化剪力框架柱內(nèi)力變化彎矩框架柱內(nèi)力變化彎矩框架梁彎矩：A5-1 VS E5-1框架梁彎矩：C5-1 VS E5-1框架梁彎矩：D5-1 VS E5-1樓梯構(gòu)件受力分析 A5-1模型為例 樓梯構(gòu)件編號(hào)示意圖梯段斜板 1. 軸向受力軸向受力2. 豎向受剪豎向受剪3. 面內(nèi)受彎面內(nèi)受彎4. 扭矩扭矩 平臺(tái)梁 平臺(tái)梁普遍存在較大的軸力平臺(tái)梁普遍存在較大的軸力 直接支撐樓梯踏步的梁直接支撐樓梯踏步的梁LTL1LTL1

21、最為復(fù)雜，處于拉、彎、最為復(fù)雜，處于拉、彎、剪的復(fù)合受力狀態(tài)剪的復(fù)合受力狀態(tài) LTL3LTL3，直接傳遞踏步斜板的地震效應(yīng)，處于受壓，直接傳遞踏步斜板的地震效應(yīng)，處于受壓狀態(tài)，且軸力最大狀態(tài)，且軸力最大 平臺(tái)柱 靠近踏步斜板的短柱LTZ1和LTZ2處于雙向偏壓（拉）受力狀態(tài) 5、結(jié)論與建議 樓梯構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體側(cè)向剛度、周期與振型、地震作用、結(jié)構(gòu)位移、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)以及構(gòu)件內(nèi)力等均有影響，其影響程度與樓梯構(gòu)件的數(shù)量、布置方式、主體結(jié)構(gòu)本身的側(cè)向剛度有關(guān)。大致來(lái)說(shuō)，有以下規(guī)律：1.樓梯數(shù)量越多，影響程度越大；2.均勻?qū)ΨQ布置，有利于控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；3.樓梯參與計(jì)算后，局部構(gòu)件內(nèi)力會(huì)增大，其余構(gòu)件內(nèi)力可能會(huì)減??；4.樓梯構(gòu)件自身受力復(fù)雜；5、結(jié)論與建議 建議：樓梯構(gòu)件應(yīng)均勻、對(duì)稱布置，以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)取樓梯構(gòu)件參與計(jì)算和純框架兩種模型計(jì)算結(jié)果的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)；由于支撐效應(yīng)的存在，樓梯構(gòu)件相當(dāng)于整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的第一道防線，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分估計(jì)并考慮樓梯構(gòu)件的復(fù)雜受力狀態(tài)，同時(shí)相應(yīng)加強(qiáng)延性構(gòu)造措施。條件許可時(shí)，建