折板樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

1、百度文庫-讓每個人平等地提升自我折板樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析王世權(quán)周集建馮樂（河南省建筑設(shè)計研究院有限公司鄭州450003）提要對實際設(shè)計中可能存在的各種折板樓梯形態(tài)進行分析，與同等跨度、同等 荷載條件的平板、斜板進行了對比，指出了目前折板樓梯簡化算法存在的問題。并對目前設(shè)計中常用的與折板樓梯有關(guān)的圖集、工具軟件進行了梳理，發(fā)現(xiàn)均存在一定的問題。最后對折板樓梯的設(shè)計提出設(shè)計建議，并附一工程實例。關(guān)鍵詞折板樓梯平板拱有限元分析一、引言:目前我們對折板樓梯的設(shè)計多是簡化為平板來計算，跨度取投影長度。我 們常用的圖集（比如：樓梯平法03G101-2、省標02YG303）、常用的輔助、 計算軟件（比如：Mor

2、gain、探索者、理正等）也沒有考慮梯板的彎折引起的內(nèi) 力變化。結(jié)構(gòu)（structure）是幾何對象的空間組成關(guān)系。結(jié)構(gòu)的空間幾何特征是與 具體材料無關(guān)的，是一個結(jié)構(gòu)中最本質(zhì)的東西，對結(jié)構(gòu)的傳力形態(tài)有本質(zhì)的影響。 本文選擇樓梯設(shè)計中最常見的折板樓梯進行有限元分析，以反映折板樓梯較為真 實的受力狀態(tài)，為我們折板樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計提出更為切合結(jié)構(gòu)實際的思路。為了能夠較充分地認識折板受力性能， 本文分析了上折型與下折型（即平法 中CT、BT型梯板）板，以及不同彎折點位置（采取 1/4、1/2、3/4板跨處彎折） 的板。與同等跨度同等荷載條件的水平板、斜板、拱、剛性索進行比較。二、計算模型：1、基本參數(shù)：構(gòu)

3、件均采用鋼筋碎材料，碎等級 C30,跨度水平投影均為4m,即L=4m,高 為，板厚t=100mm；恒荷載按DL=m2 （已含構(gòu)件自重），活荷載按LL= kN/m 2, 取單位寬度（1m）進行分析。/2、邊界條件：為了分析方便，構(gòu)件兩端均按簡支考慮。（真是設(shè)計中要注意分辨梯板的真實邊界情況）3、計算簡圖如下： /1640C0圖2 XB模型40004000圖4剛性索模型圖3拱模型DL=3.()ILL=3,5gDL-6.0.LL-3 5CL=0.O,LL=J,5LO3000圖5 CT(1/4)模型5)。0。3000圖7 CT(3/4)模型圖8 BN1/4)模型dl=r&ll = iso o圖6 CT

4、(1/2)模型200C口乜“II, zz2000 T -圖9 BT4)模型g圖10 8T (3/4)模維0板編號說明:位置的下折板;位置的上折板;1、2、彎矩()：1)PBMmax=XB : Mmax=CT1/4:PB代表沒有彎折水平板;XB 代表沒有彎折的斜板;分析軟件：midas/gen ()。主要分析結(jié)果：(分析結(jié)果控制荷載組合為:三、計算分析及主要結(jié)果:CT (*/4)代表彎折點在板跨*/4BT (*/4)代表彎折點在板跨*/4拱:剛性索:注：BT與CT彎矩相等，不再另附分析結(jié)果。2）軸力（kN）:PB: F=0kN。XB:受拉區(qū)最大值F1二（上半部分）；受壓區(qū)最大值：F2二（下半部分

5、） 折板軸力情況詳表1:表1折板軸力統(tǒng)計表（kN）折板名稱CTBT/CT1/4CT2/4CT3/4BT1/4BT2/4BT3/4水平段Fmax-40-59-1154059115傾斜段Fmax-59-74-11959/ 74119注：負值表示壓力；正值表示拉力。拱:剛性索:四、基本結(jié)論：1、斜板計算跨中彎矩時可以按等投影跨度的PB模型計算。MpBmax=; MxBmax = （PB 彎矩理論解：Mmax=q*LA2/8=*8+*4 2/8=,即數(shù)值 解與理論解吻合較好，表明有限元計算時的剖分尺度合理，分析結(jié)果可信 ）2、折板（含上、下折板）不適合簡化為等投影長度的PB計算：1）對于折板計算，彎折

6、處均有負彎矩存在，若簡化為PB便不能充分體現(xiàn)造成局部的不安全；2）對于板底正彎矩，簡化為 PB時，在某些情況下計算彎矩是其實際彎矩的5倍有余，比如：/MCT2/4= ； MPB = ,則：MpB /McT2/4=3）板厚取值不宜按投影跨度的1/30取值，應(yīng)根據(jù)折板的實際形態(tài)有區(qū)別地 對待。要不然不僅造成不必要的浪費，而且毫無意義地增加結(jié)構(gòu)自重。根據(jù)彎折 位置及彎折角度的不同，有時可取到投影跨度的1/50 （詳見附件工程案例1）。4）對于變形計算，簡化為 PB時，某些情況下，計算結(jié)果是其實際變形的16倍:6 CT2/4=； 6 PB=,貝U ： 6 PB/6 CT2/4=163、彎折形態(tài)對板內(nèi)力

7、的影響:/彎折形態(tài)（上折和下折）/對彎矩沒有影響，相同彎折點，上折（ CT）和下 折（BT）的板彎矩是一樣的；板內(nèi)軸力大小一樣，但方向相反， BT型折板受拉 力（正號），CT型折板受壓（負號），即BT型折板為拉彎構(gòu)件，CT型折板為壓 彎構(gòu)件。4、彎折位置對板內(nèi)力影響：/ 彎折點俞靠近跨中，折板受力性能越好，彎矩、軸力、變形均趨向變小。5、折板與拱、索比較：上折板（CT）受力特性更接近圓拱（板內(nèi)均存在面內(nèi)軸向壓力，跨中均存 在負彎矩，只是拱內(nèi)力更均勻、更?。?%同理，下折板受力特性更接近于剛性索。五、目前各計算工具、圖集對折板樓梯的處理情況：1、各常用樓梯計算軟件情況：目前較常用的樓梯計算工具

8、有：探索者、Morgain、理正。筆者細查了三個軟件對折板樓梯的分析過程。發(fā)現(xiàn)三個軟件采用的均是按投影水平長度的習慣算 法。都沒有體現(xiàn)板的彎折引起的跨中彎矩變號效應(yīng)及對板底彎矩的調(diào)節(jié)作用。 2、常用圖集情況：目前較常用的樓梯標準圖集有樓梯平法03G101-2和省標02YG303。筆者查閱了此兩本圖集的配筋情況和構(gòu)造做法，發(fā)現(xiàn)兩本圖集的基本思路 一樣，仍是簡化為平板的基本思路，這點可由支座負筋都是取板底筋的一半看出。 因為折板的實際受力形態(tài)中彎折處的負彎矩可能會遠遠大于板底正彎矩，/ 而不是 相反。構(gòu)造細節(jié)上，兩本圖集都已經(jīng)考慮到彎折處會有應(yīng)力集中的存在，要求彎折處板負筋伸過彎折點一定的長度，省

9、標要求伸過彎折點300mm,平法要求是傾斜段長度的1/5。其實這個要求是很粗略的，不能保證能滿足折板的實際受力 形態(tài)。從上面的分析可知，我們常用的圖集和計算工具對折板樓梯的處理都是存 在過分簡化的問題。設(shè)計人在選用圖集和計算工具時一定要慎重，提高判斷力。六、設(shè)計建議：從上述分析可知，折板是一種空間構(gòu)件，有更好的受力性能，彎矩通過彎折 處負彎矩的調(diào)節(jié)更趨均勻，剛度更大，故對于折板的板厚取值可比我們習慣的投 影跨度1/30取值適當放寬，彎矩、變形宜按其真實空間形態(tài)及邊界條件進行分 析，板的配筋應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果進行恰當布置。七、工程案例：在淮陽“三館一中心”項目中，對一個跨的折板樓梯按上述思路進行分析

10、設(shè) 計，板厚t=100mm,取到了折板投影跨度的1/48,簡化算法至少要取到160mm 以上，僅此一項碎量節(jié)省了近40%。配筋量更是不到簡化算法配筋的一半。 詳細 分析設(shè)計內(nèi)容詳附件1。參考文獻gen技術(shù)手冊。附件1折板樓梯工程案例樓梯剖面:、荷載標準值（kN/ m2）: 活載載：m2;535353535353535353535353恒荷載：平板m2;斜板m2（含踏步重）；9三、分析結(jié)果彎矩（kN.,7,3,3,42.4,7-1.7-1.53.45.8撓度:0.00.30.00.00.20.40.30.10.30.0.20.10.40.10.20.10.40.10.20.10.30.10.00

11、.10.40.10.10.00.00.40.40.40.30.10.00.40.40.10.00.30.40.0.20.30.20.0.10.10.00.10.40.30.40.30.10.10.1工0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.4應(yīng)力云圖SIG-ERF 商與rrlB3 GenPOST PR-OCFESOR3 69324e-0033 2595O-0i：i3t2.B2575e-a032.3g2Ole-a031-95&27&4J0I31.52453ehD03L*魏卜心斗”2.233O5eJ041.03Cr9F-l-CjJ2四、梯板設(shè)計:梯板折角處M=:a i：田溫門MAX - &S M1IM ： 12iM% 嗎fiOOLT計算面