框架結(jié)構(gòu)樓梯間的抗震設(shè)計初步研究

1、<p>　　框架結(jié)構(gòu)樓梯間的抗震設(shè)計初步研究</p><p>　　摘要：通過近幾年地震后的觀察，發(fā)現(xiàn)樓梯的震害尤為突出。發(fā)生地震時，樓梯作為人員的逃生通道，其抗震設(shè)計的重要性顯而易見?？拐鹪O(shè)計不同于抵抗重力荷載及風(fēng)荷載設(shè)計，地震力對結(jié)構(gòu)的幾何形狀相對比較敏感。若設(shè)計不當(dāng)，力和位移有可能集中在結(jié)構(gòu)的某些沒有足夠承載力和延性的部位。為某一種荷載作用加強(qiáng)一個構(gòu)件，有可能實際上增加了該構(gòu)件的內(nèi)力，其破壞形態(tài)可能

2、由延性變?yōu)榇嘈浴?</p><p>　　中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　1、前言 </b></p><p>　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是應(yīng)用廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。在框架結(jié)構(gòu)樓梯間處，目前設(shè)計中的計算分析模型一般是不輸入樓梯構(gòu)件的，而是在樓梯間處樓板進(jìn)行開洞，并將樓梯豎向荷載加到其周邊構(gòu)件。然而在歷次的地震中，研究

3、人員發(fā)現(xiàn)，在很多主體結(jié)構(gòu)無嚴(yán)重破壞的情況下，樓梯結(jié)構(gòu)卻遭到了嚴(yán)重破壞，喪失了其在自然災(zāi)害面前應(yīng)該發(fā)揮的功能。 </p><p>　　樓梯間整體塌落，與主體結(jié)構(gòu)完全分離。在以往的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)計算中，通?？紤]到梯板的水平剛度可補(bǔ)償樓梯間“平面開洞”而造成的剛度損失，模型簡化取樓梯間平面無限剛，荷載作為豎向外荷載加到主體框架結(jié)構(gòu)上，再對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體抗震計算分析， 對樓梯也僅作豎向荷載下的靜力計算。實際上，在地

4、震作用下，樓梯實際參與了主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配和變形協(xié)調(diào)，梯板具有類似K型支撐的作用，由于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較弱，樓梯參與工作對框架結(jié)構(gòu)整體影響不容忽略?？紤]樓梯參與結(jié)構(gòu)整體受力后，框架結(jié)構(gòu)的整體工作性能發(fā)生了較大變化：結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度增大，側(cè)移減??；自振周期減小；振型改變；樓梯問周圍構(gòu)件的內(nèi)力明顯變化。自下而上，隨著樓層的增加，樓梯受到的軸力逐步減小，表現(xiàn)為震害情況也逐漸減輕。 </p><p>　　目前，

5、在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，框架結(jié)構(gòu)樓梯間的設(shè)計是與主體結(jié)構(gòu)分開進(jìn)行的，并沒有考慮地震作用對其的影響，也沒有考慮其對主體結(jié)構(gòu)的影響。而大量汶川地震資料顯示，板式樓梯的梯段板和層間休息平臺的梯梁在地震作用下破壞比較嚴(yán)重，尤其是在底層破壞更為嚴(yán)重。為此，新修訂的GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范中也明確的指出應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響，但目前并沒有相關(guān)文獻(xiàn)對樓梯間構(gòu)件設(shè)計具體的處理措施提出更有效的解決辦法。 </p><p>

6、;　　2、對考慮樓梯的鋼筋混凝土框架主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計建議 </p><p>　　目前，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，樓梯構(gòu)件并沒有參與主體框架設(shè)計，也沒有考慮樓梯對主體結(jié)構(gòu)的影響。通過本文第三章對考慮樓梯的框架結(jié)構(gòu)模型的分析，我們可知，考慮樓梯與不考慮樓梯對框架主體結(jié)構(gòu)影響很大?，F(xiàn)對框架主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出以下幾點建議： </p><p>　　2.1．樓梯的存在，其對框架結(jié)構(gòu)自振周期、層間位移、層間位移角

7、以及結(jié)構(gòu)的層間剪力等都有影響，在地震作用下，影響更加顯著。建議在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，考慮樓梯對整體結(jié)構(gòu)的影響。 </p><p>　　2.2由于樓梯的存在使得在樓梯間附近的框架構(gòu)件的內(nèi)力增大，在地震作用下增大更明顯，而其對遠(yuǎn)離樓梯間的框架構(gòu)件內(nèi)力的影響很小。建議在采用普通結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算分析的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放大與樓梯構(gòu)件直接相連的框架梁柱的配筋。 </p><p>　　2.3支承樓梯結(jié)構(gòu)的框

8、架柱，由于層間休息平臺板的約束，很可能形成短柱，西南交通大學(xué)的王國駛認(rèn)為采取在框架梁上靠近框架柱處另外澆注兩根柱來支撐平臺梁的做法，可以確保框架柱有足夠的抗剪強(qiáng)度及變形能力，防止其發(fā)生剪切破壞。 </p><p>　　3、對考慮地震作用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯間的設(shè)計建議 </p><p>　　樓梯間系統(tǒng)對于框架結(jié)構(gòu)的抗震性能有著不可忽略的影響。此外，考慮地震作用與不考慮地震作用相比，樓梯系

9、統(tǒng)構(gòu)件的內(nèi)力顯著增大。所以應(yīng)該采取有效措施，使得樓梯系統(tǒng)構(gòu)件在地震作用下有足夠的承載能力，使其在地震作用下能夠發(fā)揮其應(yīng)有的功能。 </p><p>　　當(dāng)樓梯平面位置可能給結(jié)構(gòu)剛度分布帶來不利的影響(例如：由于偏置而增大結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng))時，應(yīng)在樓梯分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案上采取措施，避免樓梯構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)不必要的連接，使其在水平地震作用時成為獨立的自由體系，盡量消除其對主體結(jié)構(gòu)的影響。北京市建筑設(shè)計研究院胡慶昌提出：框架

10、結(jié)構(gòu)中樓梯為了避免形成支撐，可采用滑動連接，樓梯段的上端節(jié)點為鉸接，下端節(jié)點為滑動支承?？蚣芙Y(jié)構(gòu)樓梯間首層外門兩側(cè)宜設(shè)構(gòu)造柱以固定門框。 </p><p>　　本文在樓梯間考慮地震作用影響的基礎(chǔ)上對其設(shè)計提出以下幾點建議： </p><p>　　1．休息平臺處梯梁的設(shè)計宜遵循框架梁的設(shè)計原則。 </p><p>　　2．樓梯的休息平臺板應(yīng)采用雙面雙向配筋。 <

11、/p><p>　　3．梯段板應(yīng)該按照偏心受拉構(gòu)件對其進(jìn)行計算分析，其鋼筋負(fù)筋應(yīng)該拉通，形成雙層雙向鋼筋配置。另外，由第三章對梯段板在地震作用下的受力性能分析可知，底層梯段板所受軸力很大，致使其所需配筋量很大，需要配置較大直徑的鋼筋。對此，本文建議將下部幾層所受軸力比較大、所需配筋量較大的梯段板，在其中間部位斷開，將其設(shè)置為懸挑形式(一般只需對結(jié)構(gòu)下部幾層采用此方法即可)，例如我們將底層按此方法處理，如圖5．1，這樣可

12、以避免梯段板因板頂?shù)姿轿灰撇钸^大而被拉斷的情況發(fā)生，可以避免樓梯的支撐效應(yīng)。采用此方法時應(yīng)適當(dāng)增加相應(yīng)層休息平臺梯梁箍筋的鋼筋用量，以滿足其承載力要求。 </p><p>　　梯段板做懸挑處理示意圖 </p><p><b>　　結(jié)語： </b></p><p>　　樓梯的存在，增加了框架結(jié)構(gòu)局部的抗側(cè)剛度，減小了結(jié)構(gòu)的自振周期，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件

13、的內(nèi)力改變。樓梯的存在使得結(jié)構(gòu)的剛度中心改變，增大了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)在地震作用組合下，樓梯對結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的影響在順梯跑方向比較大，而在垂直梯跑方向相對較小。在地震作用組合下，樓梯的存在使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力增大，尤其是樓梯間附近的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力改變很明顯。在地震作用組合下，考慮樓梯時的側(cè)移減小，繞Z軸層間位移角顯著增大。地 </p><p>　　震作用對下面幾層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響相對較大，尤其是對樓梯間構(gòu)件在底層的影響特別

14、顯著。考慮樓梯參與整體計算的模型中，梯段板起到了斜撐的作用，其在平行梯板方向的地震作用下會產(chǎn)生非均勻分布的軸向應(yīng)力，使梯段板處于偏拉狀態(tài)，在底部兩層的軸向應(yīng)力比較大，以上各層逐層減??；在垂直梯段板方向的地震作用下會也產(chǎn)生非均勻分布的軸向應(yīng)力，梯板呈現(xiàn)受剪的應(yīng)力狀態(tài)，在底部兩層的剪應(yīng)力比較大，以上各層逐層減小。所以通常用簡支梁簡化的方法計算樓梯時偏于不安全的。本文建議梯段板應(yīng)該按照偏心受拉構(gòu)件對其進(jìn)行計算分析，其鋼筋負(fù)筋應(yīng)該拉通，形成雙層

15、雙向鋼筋配置。另外，對于底層梯段板所受軸力很大，致使其所需配筋量很大。對于這種所需配筋量很大的梯段板，本文建議將梯段板在其中間部位斷開，將其設(shè)置為懸挑形式，這樣可以避免梯段板因板頂?shù)姿轿灰撇钸^大而被拉斷的情況發(fā)生，并適當(dāng)增加箍筋的鋼筋用量，以滿足其所承受的扭矩?？紤]樓梯參與整體計算的模型中，休息平臺的平臺板在兩梯段板中間位置所受軸向拉應(yīng)力比較大，產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，并且在底部兩層的拉應(yīng)力比較大，以上各層逐層減小。本文建議樓梯的休息平臺

16、板應(yīng)采用雙面雙向配筋，并且對于休息平臺處梯梁按</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]郭繼武，郭瑤．房屋抗震設(shè)計[M]．清華大學(xué)出版社．2003 </p><p>　　[2]王顯利，孟憲強(qiáng)，李長風(fēng)，武征宵．工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[M]．科學(xué)出版社．2008 </p><p>　　[3]李瑞敏