樓梯對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)影響

◎ 謝會(huì)杰，王 寧，趙華營(yíng)

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

樓梯對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)影響

◎ 謝會(huì)杰，王 寧，趙華營(yíng)

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

本文通過(guò)三維建模分析，研究現(xiàn)澆樓梯對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)周期及位移的改變，從而分析現(xiàn)澆樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。

現(xiàn)澆樓梯；框架結(jié)構(gòu)；周期；位移

汶川地震中，疏散樓梯出現(xiàn)了嚴(yán)重破壞，這種現(xiàn)象引起人們對(duì)樓梯構(gòu)件的重視?，F(xiàn)澆樓梯對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)剛度的影響也逐漸被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員考慮，設(shè)計(jì)者通常通過(guò)周期及位移的變化反映樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的作用。

現(xiàn)澆樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。規(guī)范對(duì)樓梯間新的抗震構(gòu)造措施進(jìn)行調(diào)整和完善，樓梯間在水平地震作用下對(duì)結(jié)構(gòu)的影響在抗震規(guī)范中也成為重要規(guī)定?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB 50011-2010）中對(duì)樓梯間參與結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的規(guī)定如下：計(jì)算模型的建立、必要的簡(jiǎn)化計(jì)算與處理，應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，計(jì)算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響。

1 工程算例概況

本文運(yùn)用PKPM軟件，通過(guò)考慮樓梯剛度與未考慮樓梯剛度對(duì)比[2]，計(jì)算現(xiàn)澆樓梯參與整體模型計(jì)算中抗震性能，研究地震作用下樓梯對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的影響。該工程平面布置如圖1所示。

圖1 框架平面布置圖

1.1 工程概況1

同一地震烈度不同層數(shù)對(duì)框架結(jié)構(gòu)周期及位移影響[3.4]：地震烈度為7度（0.1 g），場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi)，地震分組為第一組，周期折減系數(shù)為1（該模型中不考慮填充墻的影響）；框架柱截面500×500，框架梁截面250×500，每層層高4.0 m，三個(gè)模型檐口分別為12、24、36 m；梁板柱混凝土均為C30，樓板厚120 mm；框架縱向跨度4跨，每跨6 m，橫向跨度2跨，每跨6 m。

1.2 工程概況2

不同地震烈度相同層數(shù)對(duì)框架結(jié)構(gòu)周期及位移影響：三個(gè)模型地震烈度為6度（0.05 g）、7度（0.1 g）、8度（0.2 g），場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi)，地震分組為第一組，周期折減系數(shù)為1（該模型中不考慮填充墻的影響）；框架柱截面600×600，框架梁截面250×500，每層層高4.0 m，檐口標(biāo)高36 m；梁板柱混凝土均為C30，樓板厚120 mm；框架縱向跨度4跨，每跨6 m，橫向跨度2跨，每跨6 m。

2 模型計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 工程概況1計(jì)算結(jié)果與分析

在工況1中，X、Y向地震作用下周期位移變化見(jiàn)表1、表2，圖2～圖5分別為X向地震作用下周期差值、X向地震作用下位移差值、Y向地震作用下周期差值、Y向地震作用下位移差值。由圖表可知，考慮樓梯參與整體計(jì)算后，結(jié)構(gòu)周期減小，位移也減小。這是因?yàn)?，考慮樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度增加，同時(shí)周期減小且位移減小。圖表中X、Y向周期及位移改變量的顯著不同，可得出，順樓梯方向剛度及位移影響較明顯且是主要的，而對(duì)垂直樓梯方向的影響相對(duì)較小。根據(jù)不同檐口高度結(jié)構(gòu)周期及位移的變化量，隨著建筑高度的增加，樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響也在不斷增加，這就要求我們對(duì)高層建筑更加重視樓梯對(duì)整體模型的影響，考慮整體計(jì)算的必要性。

表1 X向地震作用下周期位移變化表

表2 Y向地震作用下周期位移變化表

圖2 X向地震作用下周期差值圖

圖3 X向地震作用下位移差值圖

圖4 Y向地震作用下周期差值圖

圖5 Y向地震作用下位移差值圖

2.2 工程概況2計(jì)算結(jié)果與分析

在工況2中，X、Y向地震作用下周期位移變化見(jiàn)表3、表4，圖6、圖7分別為X向地震作用下位移差值、Y向地震作用下位移差值。根據(jù)圖表可以看到，隨著地震烈度的增加，樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響也在不斷增加，這就要求我們對(duì)抗震設(shè)防烈度較高的建筑要更加重視樓梯對(duì)整體模型的影響，模型計(jì)算時(shí)考慮樓梯對(duì)整體模型的調(diào)整作用。

表3 X向地震作用下周期位移變化表

表4 Y向地震作用下周期位移變化表

圖6 X向地震作用下位移差值圖

圖7 Y向地震作用下位移差值圖

3 結(jié)論與設(shè)計(jì)建議

本文著重分析樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)周期及位移的影響，從而反應(yīng)樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的改變。根據(jù)本文得出如下結(jié)論與建議：①現(xiàn)澆樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度有明顯影響，對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能影響較明顯。地震作用下，樓梯將減小結(jié)構(gòu)自振周期、增加結(jié)構(gòu)剛度同時(shí)減小結(jié)構(gòu)樓層水平位移。②進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模計(jì)算中需要考慮樓梯的影響，特別是高層建筑及抗震設(shè)防烈度較高建筑。③樓梯剛度對(duì)框架結(jié)構(gòu)影響很大，樓梯周邊構(gòu)件承擔(dān)更多地震剪力，樓梯間角柱、梯柱應(yīng)加強(qiáng)配筋。④如果不考慮樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)整體的影響，可采用滑動(dòng)支座，梯板與框架柱連接處于自由狀態(tài)，樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)剛度的影響可以忽略不計(jì)，有效減少地震作用下結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及周邊構(gòu)件受力性能的改變。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]楊小鈺.現(xiàn)澆樓梯對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震影響分析[D].太原：太原理工大學(xué)，2013.

[3]朱炳寅.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]盧凱亮.抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（1）：176.

The Influence of Stairs to Concrete Frame Structure

Xie Huijie, Wang Ning, Zhao Huaying
(COFCO Engineering and Technology(Zhengzhou)Co., Ltd, Zhengzhou 450053, China)

By analyzing the three-dimensional modeling, this paper studies the influence of cast-inplace stairs to the cycle and displacement to the reinforced concrete frame structure, so as to analyze the impact of cast-in-place stairs to the overall structure.

Cast-in-place stairs; Frame structure; Cycle; Displacement

TU375

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.24.036

謝會(huì)杰（1985-），男，工程師；專(zhuān)業(yè)方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。