水平地震力作用下框架結(jié)構(gòu)中樓梯的內(nèi)力分析

劉木禾 張 超

(煙臺(tái)大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)

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水平地震力作用下框架結(jié)構(gòu)中樓梯的內(nèi)力分析

劉木禾 張 超

(煙臺(tái)大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)

利用SAP2000軟件，建立了帶有現(xiàn)澆整體式樓梯的混凝土框架結(jié)構(gòu)模型，并對模型進(jìn)行了振型分解法計(jì)算，分析了樓梯的內(nèi)力分布情況，分析結(jié)果表明：在雙向水平地震力作用下，梯井附近的平臺(tái)板、梯板兩側(cè)連梁的位置以及梯板的四個(gè)角點(diǎn)附近在不同方向上會(huì)發(fā)生明顯的應(yīng)力集中，因此，樓梯對框架結(jié)構(gòu)的影響在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不應(yīng)忽略。

現(xiàn)澆樓梯，框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)力分布

近年來，國內(nèi)多次地震中均出現(xiàn)了框架結(jié)構(gòu)中樓梯及與之相連的框架柱的嚴(yán)重破壞，切斷了逃生通道[1-3]。樓梯是整體結(jié)構(gòu)的一部分，必然會(huì)對結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力性能產(chǎn)生影響，因此我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]中明確要求考慮樓梯構(gòu)件對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。

本文選取了一座常見的6層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)作為研究對象，利用SAP2000軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振型分解法計(jì)算，分析了水平地震作用下樓梯梯段板和平臺(tái)板的內(nèi)力分布情況。

1 模型參數(shù)

結(jié)構(gòu)的平面布置及樓梯間位置如圖1所示，其中橫向框架梁截面尺寸300 mm×700 mm，縱向框架梁250 mm×500 mm，框架柱截面尺寸均為500 mm×500 mm，樓板厚度120 mm，混凝土強(qiáng)度等級C30，樓層層高均為3.0 m。梯板沿結(jié)構(gòu)橫向設(shè)置，樓梯采用現(xiàn)澆整體式板式樓梯，梯段板及平臺(tái)板厚度為120 mm，樓梯詳細(xì)尺寸見圖2。

利用SAP2000建模時(shí)，采用梯段兩端固接于平臺(tái)和樓板的方式模擬現(xiàn)澆整體式樓梯端節(jié)點(diǎn)連接；模型計(jì)算時(shí)，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用。荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[5]設(shè)定。

2 梯段板和平臺(tái)板受力分析

SAP2000計(jì)算所得模型的2層樓梯梯段板及平臺(tái)板在X向、Y向水平地震作用下的內(nèi)力云圖如圖3，圖4所示，各內(nèi)力方向如

圖5所示。

由圖可知：力F11于梯井附近的平臺(tái)板有非常明顯的應(yīng)力集中，其中心位置的內(nèi)力值遠(yuǎn)超C30混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1.43 N/mm2；力F22主要集中分布于梯板的四個(gè)角點(diǎn)附近，在靠近梯板外邊緣的位置內(nèi)力超過了0.72×103kN/m(折合應(yīng)力6 N/mm2)，這樣的內(nèi)力分布足以拉斷梯板的混凝土；力矩M12主要分布于梯板，在梯板兩側(cè)連梁的位置附近出現(xiàn)應(yīng)力集中。

3 結(jié)語

1)在雙向水平地震力作用下，樓梯梯井附近的平臺(tái)板、梯板兩側(cè)連梁的位置以及梯板的四個(gè)角點(diǎn)附近會(huì)發(fā)生明顯的應(yīng)力集中。

2)樓梯對框架結(jié)構(gòu)的影響不應(yīng)忽略，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮樓梯的作用。

[1] 清華大學(xué)，西南交通大學(xué)，重慶大學(xué)，等.汶川地震建筑震害分析及設(shè)計(jì)對策[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 全學(xué)友，米 偉，張智強(qiáng)．汶川地震中樓梯結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象及對策[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2009，39(11)：75-77．

[3] 蔣歡軍，王 斌，呂西林．鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯震害分析與設(shè)計(jì)建議[J].振動(dòng)與沖擊，2013，32(3)：22-28．

[4] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB 50009—2010，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

Analysis of the stress of stairs in frame structure with under horizontal earthquake action

Liu Muhe Zhang Chao

(SchoolofCivilEngineering，YantaiUniversity，Yantai264005，China)

SAP2000 software was used to build the model of concrete frame structure with monolithic cast-in-site stairs, and the modal analysis was carried out in order to analyze the stress distribution of the stairs. The analysis results show that stress concentration occurs on area of the platform boards around stair shaft, the beams on both sides of gang-boards, and four angular points of gang-boards in different direction under horizontal earthquake action. The effect of stairs on frame structure should be allowed for when conducting seismic design.

cast-in-place stairs, frame structure, stress distribution

1009-6825(2016)11-0036-02

2016-02-01

劉木禾(1990- )，女，在讀碩士； 張 超(1988- )，男，在讀碩士

TU375.4

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