鋼筋溷凝土框架結構樓梯構件影響效果分析a

1、研究目的 配合建筑抗震設計規(guī)范的修訂工作，對鋼筋混凝土框架結構樓梯構件的影響效果進行專題研究， 目標：對樓梯構件在整體結構中的受力狀態(tài)、樓梯構件對主體結構的作用效果及影響程度等有一個較為清楚的了解與把握，為建筑抗震設計規(guī)范相關條款的修訂提供技術依據。合作研究機構 中國建筑科學研究院 北京市建筑設計研究院 華東建筑設計研究院 廣東省建筑設計研究院 中國建筑西南設計研究院 中南建筑設計研究院目 次1.樓梯震害情況2.2008抗震規(guī)范局修3.計算分析模型4.計算分析結果5.結論及建議6.2010規(guī)范相關修訂1、樓梯震害 2008，汶川大地震中一個普遍的破壞現(xiàn)象是，作為逃生通道的樓梯間破壞比較嚴重，造

2、成了相當?shù)娜藛T傷亡 2010，玉樹地震中也存在樓梯破壞現(xiàn)象 8度區(qū)某磚混結構，中部樓梯間倒塌 樓梯踏步痕跡清晰可見 混凝土結構，梯板被拉斷，鋼筋壓屈混凝土結構中，樓梯梁剪扭斷裂鋼筋脆斷2、2008抗震規(guī)范局修1. 第3.6.6條補充規(guī)定，結構整體計算分析時應考慮樓梯構件的影響；2. 第3.7.3條補充規(guī)定，樓梯間的非承重墻體應采取措施與主體結構可靠連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設備；3. 第7.3.1條，對于砌體結構的樓梯間，明確要求，樓梯間四角以及樓梯段上下端對應的墻體處設置構造柱，共有8根構造柱；4. 第7.3.8條提升為強制性條文，要求砌體結構樓梯間墻體在休息平臺或半層高處設置

3、鋼筋混凝土帶或配筋磚帶，以及采取其他加強措施，特別要求加強頂層和出屋面樓梯間的抗震構造相當于約束砌體的構造要求。3、計算分析模型 樓梯： 數(shù)量 布置方式 主結構 開間 跨數(shù)構建18個模型（5開間系列、7開間系列）僅以5開間系列為例討論5開間系列計算模型開間系列計算模型序號編號主體結構樓梯備注開間跨數(shù)數(shù)量（個）布置方式1A5-1512兩端2C5-1511中部3D5-1511端部4E5-151-對比模型5A5-3532兩端6B5-3532中部7C5-3531中部8D5-3531端部9E5-353-對比模型5開間系列模型簡圖模型參數(shù)（1）整體：地上6層，層高3.900m，地坪處設置拉梁，基礎頂標高-

4、2.000m。 （2）材料：柱C40，其余構件C30。（3）構件：柱650 x650，梯柱300 x300，框架梁均300 x600，梯梁250 x400，樓梯間次梁300 x600，其余次梁250 x500。（4）地震動參數(shù)：7度（0.15g），一組，II類場地。（5）計算軟件：廣東院：GSCAD，其余：ETABS4、計算分析結果結構整體影響效果分析側向剛度 自振周期地震作用側向變形局部影響效果分析主體結構構件的內力影響分析柱梁樓梯構件受力分析 梯段斜板 平臺梁 平臺短柱 (1) 基本規(guī)律 考慮樓梯構件后，結構整體剛度加大且平面內分布不均勻，使結構整體分析結果（周期、位移、作用、內力等）有所

5、變化。 影響程度：與純框架的剛度、樓梯的數(shù)量和布置的位置等情況有關。 基本規(guī)律： 樓梯剛度與純框架結構剛度的比例越大，則平動周期減少越多，總地震作用加大越多， 沿梯板方向影響大，垂直梯板方向影響很??； 樓梯在樓面的兩端對稱布置，扭轉周期明顯減少，扭轉位移比減少較多； 樓梯布置在樓面中部，扭轉影響不明顯； 樓梯布置在樓面的一端，扭轉周期有所減少，但扭轉位移比明顯加大。側向剛度 自振周期 純框架：橫向、縱向和扭轉；帶樓梯：第一振型多為縱向，D系模型為扭轉。對典型的三跨框架系列模型： 設置兩部樓梯，順梯方向周期減少20%左右； 垂直梯板方向略有減少； 扭轉周期變化與樓梯布置和數(shù)量有關： 兩端對稱布置

6、時周期減少25%左右 中部集中布置時基本不變， 一端布置減少不到20%。 地震作用建研院結果12345672004006008001000Vx (kN)Floor A 5-1 C 5-1 D 5-1 E 5-112345672004006008001000Vy (kN)Floor A 5-1 C 5-1 D 5-1 E 5-1地震作用建研院結果1234567400800120016002000Vx (kN)Floor A 5-3 B 5-3 C 5-3 D 5-3 E 5-31234567400800120016002000Vy (kN)Floor A 5-3 B 5-3 C 5-3 D 5-

7、3 E 5-3側向變形框架柱內力變化軸力ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.

8、25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.450.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.

9、55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.450.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.

10、65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.450.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.

11、22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.450.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.

12、16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.450.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.

13、28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.450.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.

14、45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.450.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.

15、23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.450.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE

16、ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.45

17、0.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.45

18、0.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.45

19、0.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.45

20、0.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00框架柱內力變化剪力框架柱內力變化剪力框架柱內力變化彎矩框架柱內力變化彎矩框架梁彎矩：A5-1 VS E5-1框架梁彎矩：C5-1 VS E5-1框架梁彎矩：D5-1 VS E5-1樓梯構件受力分析 A5-1模型為例 樓梯構件編號示意圖梯段斜板 1. 軸向受力軸向受力2. 豎向受剪豎向受剪3. 面內受彎面內受彎4. 扭矩扭矩 平臺梁 平臺梁普遍存在較大的軸力平臺梁普遍存在較大的軸力 直接支撐樓梯踏步的梁直接支撐樓梯踏步的梁LTL1LTL1

21、最為復雜，處于拉、彎、最為復雜，處于拉、彎、剪的復合受力狀態(tài)剪的復合受力狀態(tài) LTL3LTL3，直接傳遞踏步斜板的地震效應，處于受壓，直接傳遞踏步斜板的地震效應，處于受壓狀態(tài)，且軸力最大狀態(tài)，且軸力最大 平臺柱 靠近踏步斜板的短柱LTZ1和LTZ2處于雙向偏壓（拉）受力狀態(tài) 5、結論與建議 樓梯構件對結構整體側向剛度、周期與振型、地震作用、結構位移、扭轉效應以及構件內力等均有影響，其影響程度與樓梯構件的數(shù)量、布置方式、主體結構本身的側向剛度有關。大致來說，有以下規(guī)律：1.樓梯數(shù)量越多，影響程度越大；2.均勻對稱布置，有利于控制扭轉效應；3.樓梯參與計算后，局部構件內力會增大，其余構件內力可能會減??；4.樓梯構件自身受力復雜；5、結論與建議 建議：樓梯構件應均勻、對稱布置，以減小結構的扭轉效應；進行主體結構構件截面強度驗算時，應取樓梯構件參與計算和純框架兩種模型計算結果的較大值進行設計；由于支撐效應的存在，樓梯構件相當于整個結構體系的第一道防線，結構設計時，應充分估計并考慮樓梯構件的復雜受力狀態(tài)，同時相應加強延性構造措施。條件許可時，建