板式建筑物樓梯對框架結(jié)構(gòu)整體計算的影響分析

【摘要】在框架結(jié)構(gòu)建筑物不斷增多的今天，我們對框架結(jié)構(gòu)的建筑物進行計算的過程中，不可忽視一些關(guān)鍵性的因素，比如板式建筑物樓梯的影響就比較大，它對框架結(jié)構(gòu)會造成的影響也是比較多的。所以，本文進一步分析了板式建筑物樓梯對框架結(jié)構(gòu)整體的計算影響，總結(jié)了影響的諸多方面，供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】板式建筑物；樓梯；框架結(jié)構(gòu)；整體計算；影響

我們研究和計算框架結(jié)構(gòu)建筑物，不得不重視板式建筑物樓梯的影響力，在分析和計算的過程中，要將板式建筑物樓梯的影響放在重點位置，才能夠保證框架結(jié)構(gòu)整體計算更加科學。

1、樓梯概念設(shè)計的理論分析

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計是主要設(shè)計依據(jù)、抗震等級、人防等級、地基情況及承載力、防潮抗?jié)B做法、活荷載值、材料等級、施工中的注意事項，選用詳圖，通用詳圖或節(jié)點，以及施工圖中未畫而通過說明來表達的信息，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3等。

樓梯在建筑物中是一個空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當復雜的方式共同工作，這種復雜的、非彈性性質(zhì)的、材料的時效、阻尼變化等多種因素，在實際計算中存在著不準確性。故在建筑抗震理論遠未達到很科學嚴密的情況下，單靠理論計算很難使樓梯具有良好的抗震能力，因而在實際工程設(shè)計中我們多了許多概念，假定與簡化。如樓梯不宜放在建筑物的角部和邊部，以便于荷載的傳遞；同時減少水平地震力作用下空間扭轉(zhuǎn)作用的影響。實際上踏步和平臺梁是整體連接，計算時需要在支座處加構(gòu)造負筋；以往在建筑工程中負筋一端錨入樓梯梁，另一端伸進樓梯板四分之一的踏步板跨度。但通過實際工程震害發(fā)現(xiàn)，在梯板四分之一處梯板斷裂或梯板混凝土剝落。

再次，樓梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹桿效應，將產(chǎn)生較大的拉壓力。樓梯板由原先我們只考慮豎向力時的受彎構(gòu)件，轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄瓑簭潯睒?gòu)件，加強了樓梯處的局部抗側(cè)剛度；結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應越大，配筋越多。樓梯參與整體計算時的樓梯板配筋要比常規(guī)做法計算出來的鋼筋面積大出40%左右，當樓梯板不能承受地震力所產(chǎn)生的軸力及彎矩，勢必出現(xiàn)梯段被拉斷的情況。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而又使地震作用效應增強。這樣不僅加大了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計難度，還增加了造價成本。

傳統(tǒng)板式樓梯在進行設(shè)計時，沒有考慮樓梯在地震作用下對結(jié)構(gòu)整體抗震設(shè)計的影響，只是將樓梯單獨進行設(shè)計和配筋，并且簡單的將其按照簡支梁、簡支板進行荷載計算和配筋設(shè)計。傳統(tǒng)板式樓梯在進行整體建模分析時也只是將豎向傳遞過來的荷載施加到框架梁、柱等主體結(jié)構(gòu)上進行計算，對于樓梯間的樓板進行開洞處理，并且在進行配筋時沒有采用雙層雙向的配筋形式。

研究表明，在考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)抗震計算后，結(jié)構(gòu)的剛度中心會因樓梯的平面布置位置而發(fā)生改變。并且在考慮樓梯影響的情況下，整體結(jié)構(gòu)的層間位移是要比不考慮樓梯的時候小，但是層間剪力的變化一般是要比不考慮的時候要大的。與此同時，在樓梯間位置處的主要受力構(gòu)件的內(nèi)力也會出現(xiàn)增加。結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向剛度增加，相應的側(cè)移曲線開始向彎剪型過渡。但是，樓梯的參與會使結(jié)構(gòu)在進行整體抗震計算時，由原本的平動為主向扭轉(zhuǎn)變形轉(zhuǎn)變，這時將樓梯考慮成一般支承對結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度是不合理的。

現(xiàn)如今在進行框架結(jié)構(gòu)工程設(shè)計時，有相當一部分的工程設(shè)計考慮采用滑動支座樓梯，可以有效避免形成梯板支撐、削弱樓梯對結(jié)構(gòu)的剛度影響。在受到地震力破壞時，能夠釋放地震力而不至于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形甚至破壞。滑動支座在施工時梯段板下端支座位置應與梯梁或挑板在結(jié)構(gòu)上脫開，在支座處預埋鋼板或設(shè)置聚四氟乙烯滑板，將踏步擱置在梯梁或挑板上，并且在樓梯澆筑前鋪設(shè)石墨粉或塑料薄膜，以保證達到滑動效果。其次，在樓梯裝飾面層施工時，地坪細石混凝土與樓梯踏步起步起始段必須預留5cm空隙，用高分子泡沫填充劑填充，即讓樓梯存在自由滑動距離。

2、模型建立

本研究擬定了一個3跨6層框架模型，設(shè)立了兩組，不同之處在于：第一組（M1）樓梯間處采取樓板開洞的形式，即樓梯不參與整體框架設(shè)計；第二組（M2）中樓梯間處設(shè)有樓梯，即樓梯參與整體設(shè)計.為了減少多余干擾因素，凸顯樓梯本身對結(jié)構(gòu)整體的抗震性能影響，模型平面與豎向簡單規(guī)則、對稱、連續(xù).

模型為6層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C30，樓面板和休息平臺的板厚為100mm，梯段板厚為150mm.根據(jù)荷載規(guī)范，樓面活荷載2.0kN/m2；走廊、樓梯活荷載3.0kN/m2；屋面為非上人屋面，活荷載取0.5kN/m2.底層層高為4.8m，2～6層層高均為3.6m。在PKPM中計算出合理的構(gòu)件尺寸：框架柱550×550mm2；框架梁250×600mm2；梯梁250×500mm2。

3、計算條件

本研究選?、蝾悎龅刈鳛榻Y(jié)構(gòu)的場地條件，其抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），地震影響系數(shù)為0.08，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，場地特征周期為0.45s，建筑抗震設(shè)防類別為丙類建筑。

4、模型模態(tài)分析

模態(tài)分析可用來計算結(jié)構(gòu)的固有振動特性，而結(jié)構(gòu)的固有振動特性與結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量和剛度有關(guān)。不同分析模型的固有頻率和振型是不同的。本研究采用SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件，計算了2種模型前10階振型對應的自振周期。

考慮樓梯參與結(jié)構(gòu)的整體計算后，結(jié)構(gòu)的水平剛度增大、自振周期顯著縮短.在第一振型中，平行于梯段方向的自振周期縮短了20.5%，在垂直于梯段方向的自振周期縮短了11.8%.另外，樓梯對高振型的影響小于低振型。

結(jié)語：

綜上所述，為了能夠提升建筑物的計算水平，保證框架結(jié)構(gòu)建筑物的方案科學性，為今后的施工奠定基礎(chǔ)，一定要從板式建筑物樓梯的角度出發(fā)，避免其對框架結(jié)構(gòu)建筑的計算工作造成過大影響。

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