结构抗震设计中楼梯带来的影响

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1、结构抗震设计中楼梯带来的影响云南省昆明市东川IX:水利水电勘测设计队摘要：楼梯作为建筑结构的重要构件，在建筑工程使用中发挥着重要作用。然而根据相关研宄可知楼梯能够对建筑结构的抗震性产生严重影响，所以要提升建筑结构的抗震性就应当科学合理的设计楼梯。木文将以楼梯对建筑结构抗震性的影响进行分析。关键词：抗震性；楼梯；建筑结构改革开放以来我国经济发展迅速，建筑行业更是异军突起成为支撑我国经济发展的重要动力。然而在建筑行业的快速发展中，很多问题也不断暴露出来，其中建筑质量问题成为当前影响建筑行业发展的重要障碍。特別是建筑工程的抗震性问题，在我国近几年发生的地震灾害中，由于建

2、筑物抗震性能不优越，造成了大量的人员伤亡和经济损失。所以提升建筑物的抗震性能成为建筑工程建设中的重要内容，这就要求设计人员提升抗震设计水平，而楼梯是影响建筑结构抗震性的重要构件，设计人员应当在设计中充分考虑楼梯对建筑结构抗震性的影响,进而有效提升建筑整体的抗震能力。一、楼梯震害类型根据相关统计可知，地震中建筑结构破坏最为严重的是楼梯间，主要有三种形式楼梯破坏：1、楼梯整体坍塌破坏，例如建筑结构梯柱容易形成短柱，形成剪切破坏；2、梯板拉压损坏；3、梯梁中部受剪破坏。产生楼梯间破坏的主要原因是楼梯只有过大刚度，进而最先被破坏［1］。二、计算方法在传统楼梯设计中设计人员

3、仅考虑在地震中楼梯构件等效重力荷载的影响，对于整体刚度受到楼梯构件竖向刚度和平面刚度的影响、梯梁和梯柱等构件受到（根据刚度分类的）侧力的影响缺乏必要的考虑。有限元利用ETABS-V9构建结构模型，通过壳单元模拟楼梯的斜板和平台板并构建层间构件模型，不计斜板刚度和挠度受到踏步刚度的影响［2】。三、计算模型某工程为8层框架结构的写字楼，开间方向（X向）柱距3.8米，为10跨，总长为39米；进深方向（y向）柱距为6,2.4,6米，为3跨，宽度和为14.4米；底层的层高为4.6米，其余每层为3.8米；柱510*510mm（C30）,主梁310*510mm（C30）,板厚1

4、10mm,梯梁210*410mm（C30）,梯柱230*230mm（C30）；抗震设防烈度为9度0.30g,设计地震分组第3组，场地类别3类；基本风压为0.46kN/m;恒载为2.6kN/m，活载为3kN/m，均布荷载为24kN/m;特征周期为0.4s;场地粗糙类别是B类；主体结构为钢筋混凝土框架结构；绘制楼梯采用线拉成面，采用双跑楼梯。运用直线杆单元进行柱、梁的模拟，用空间杆件做直线杆，具有双轴剪切变形、轴向变形、扭转、双向弯曲效应，运用模单元模拟楼板［3］。依据楼梯的不同位置布置单元构建了12种模型，运用不计入和计入楼梯模拟构件。如图1所示［4］。图1建筑结构

5、平面示意图四、地震作用下楼梯构件对整体结构的影响位置1（模型1）运用不计入和计入两种楼梯情况的有限元分析，在表1中列入分析结果，分析表1可知结构x向与y向都受到楼梯一定程度的影响,y向受到的影响更大。表1分析结果楼梯模型计入楼梯不计入楼梯相差首层刚度/(kNm)79824573642592456774517842.3%顶点最大位移/mm18.97-2.8%丫向16.2917.78-7.6%周期/s振型10.765587-3.7%振型20.669780.754876地震剪力/kN401739402.5%42673914五、楼梯布置位置对建筑结构的影响第一，在只设置一

6、个楼梯的情况下，楼梯从中间向两端改变，y向层间位移角、层间位移比、地震下定点的位移都逐渐增大，层间的位移比的结果是从模型5（位置5）1.33增大到模型1的1.69,如图1。在楼梯刚度增加的过程中扭转变形也大幅增加，可见楼梯刚度会严重影响结构扭转变形。第二，在设置两个楼梯的情况下，根据图1可知在平面位置3布置楼梯时，y向层间位移角、层间位移比、地震下顶点位移最小，此吋结构具冇最好的刚度，对于扭转变形产生的影响最小［5】。第三，楼梯布置位置不完全在y向地震作用下时，计算结果比较如表2.表2计算结果比较位置11顶点最大水平位移/mm24.4516.6717.67最大层间

7、位移角1/4651/8071/6671/678最大层间位移比1.461.291.172.092.05柱弯矩/(kNm)336203柱剪力/kN166124124柱轴力/kN353289六、楼梯对楼梯间角柱的影响通过对模型6（位置6）进行分析可知，楼梯会严重影响楼梯间梯柱，对于其他柱的影响不大，楼梯间框架相邻柱和框架角柱在y向地震作用下轴力为表3.表3楼梯间框架角柱和相邻柱在y向地震作用下轴力楼梯间框架角柱参与空间分析y向地震作用下轴力/kN不参与空间分析y向地震作用下轴力/kN相差楼梯间框架角柱606楼梯间X向相邻第一根框架柱33429712.6%楼梯间X向相邻第

8、二根框架柱