“考虑楼梯构件的影响”是否要参与整体结构的计算
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楼梯参与抗震结构整体工作的计算分析作者:高志刚来源:《中国新技术新产品》2010年第18期摘要:本文以某框架结构为研究背景,采用迈达斯软件,分析了楼梯对框架结构整体影响,有无楼梯对结构的周期,内力,位移均有影响,尤其是顺梯跑方向的影响较大。
关键词:框架结构;楼梯;周期;位移1 前言楼梯参与整体计算影响最敏感的就是框架,砌体等抗震较弱的结构,而将楼梯作为一个梯筒形式的框架剪力墙和剪力墙结构,其影响则相应就小,筒体结构由于楼梯一般在大筒内部,其影响就更小,一般可以忽略。
历次的地震灾害表明楼梯间一直都是框架和砌体结构的一个震害集中区,尤其是文川地震,让所有关注它的工程师开始认真思考如何对楼梯的结构设计进行改进,以期其成为一个救命的安全通道(“安全岛”)而不是阻断人们逃生的枷锁。
目前,在建筑结构分析中通常不考虑现浇楼梯对整体结构的影响,但震害经验表明,楼梯间往往是震害易发生部位。
唐山地震中,砖房的楼梯间震害较严重,钢筋混凝土框架结构的楼梯间震害也比较严重。
文献[1]、[2]的试验研究结果表明,有楼梯踏步板时框架结构楼梯间的水平刚度是没有楼梯踏步板时的2.123倍。
通过对某框架结构计入楼梯踏步板和不计楼梯踏步板情况下的整体计算,研究楼梯对整体结构的影响。
计算使用迈达斯结构分析软件,分析比较两种情况下结构的周期,内力,位移有何变化。
2楼梯的破坏形式通过历次震害照片可以分析,楼梯的破坏分为以下几类:2.1倒塌破坏,可分为一种是由于支承结构的倒塌引起;另一种是由于底部楼层楼梯梯板拉断、压碎等自身承载力不足导致楼梯通道被阻断,失去使用功能。
2.2严重破坏,一般是底部楼梯梯板被拉裂或者压碎导致板底钢筋爆出,或者楼梯平台梁上下梯段柱端、梁端发生剪切、剪弯破坏,部分节点处发生剪压破坏等,但是如果此时与主体结构的连接好的话,不至于倒塌下来。
2.3中等破坏,一般明显开裂,但处于可修水平。
设想一个整体结构若无法实现大震不倒的目标而倒塌,那么附属于其上的楼梯单元要依靠它来支承,必然发生破坏;或者支承楼梯的局部构件由于承载力不足产生破坏,也将导致楼梯破坏。
板式建筑物楼梯对框架结构整体计算的影响分析在框架结构建筑物不断增多的今天,我们对框架结构的建筑物进行计算的过程中,不可忽视一些关键性的因素,比如板式建筑物楼梯的影响就比较大,它对框架结构会造成的影响也是比较多的。
所以,本文进一步分析了板式建筑物楼梯对框架结构整体的计算影响,总结了影响的诸多方面,供参考和借鉴。
标签:板式建筑物;楼梯;框架结构;整体计算;影响我们研究和计算框架结构建筑物,不得不重视板式建筑物楼梯的影响力,在分析和计算的过程中,要将板式建筑物楼梯的影响放在重点位置,才能够保证框架结构整体计算更加科学。
1、楼梯概念设计的理论分析建筑框架结构设计是主要设计依据、抗震等级、人防等级、地基情况及承载力、防潮抗渗做法、活荷载值、材料等级、施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及施工图中未画而通过说明来表达的信息,如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等。
楼梯在建筑物中是一个空间结构,各种构件以相当复杂的方式共同工作,这种复杂的、非弹性性质的、材料的时效、阻尼变化等多种因素,在实际计算中存在着不准确性。
故在建筑抗震理论远未达到很科学严密的情况下,单靠理论计算很难使楼梯具有良好的抗震能力,因而在实际工程设计中我们多了许多概念,假定与简化。
如楼梯不宜放在建筑物的角部和边部,以便于荷载的传递;同时减少水平地震力作用下空间扭转作用的影响。
实际上踏步和平台梁是整体连接,计算时需要在支座处加构造负筋;以往在建筑工程中负筋一端锚入楼梯梁,另一端伸进楼梯板四分之一的踏步板跨度。
但通过实际工程震害发现,在梯板四分之一处梯板断裂或梯板混凝土剥落。
再次,楼梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹杆效应,将产生较大的拉压力。
楼梯板由原先我们只考虑竖向力时的受弯构件,转变为“拉压弯”构件,加强了楼梯处的局部抗侧刚度;结构刚度越大,地震作用效应越大,配筋越多。
楼梯参与整体计算时的楼梯板配筋要比常规做法计算出来的钢筋面积大出40%左右,当楼梯板不能承受地震力所产生的轴力及弯矩,势必出现梯段被拉断的情况。
考虑楼梯对整体计算影响一、楼梯计算模型YJK对于梯板和平台板按照细分的壳元计算,相当于弹性板6的单元,程序自动对各个楼梯跑和中间休息平台划分单元,单元尺寸为0.5米。
可在生成结构计算数据以后计算简图菜单的“轴测简图”下看到各个楼梯跑和中间休息平台划分单元的效果。
如果用户选择了自动设置平台梯柱,则在计算简图中可以看到程序生成的平台梁和支撑平台梁的梯柱。
程序可对任一根没有支撑连接的平台梁自动设置梯柱,梯柱可延伸到下层梁或其他构件上。
如图梯间休息平台所在一端没有布置柱,程序会在梯梁下自动设置一根梯柱。
二、对比是否考虑楼梯对计算结果影响实例一:框架结构,在建模中布置了楼梯,对计算参数“结构计算时考虑楼梯刚度“分别设置为不勾选和勾选,然后对比计算结果。
可以看出,计算中考虑楼梯后周期减小,基底剪力加大,但是幅度在5%,不大。
再对比楼梯间处受影响对大的柱的配筋,增加的配筋量也不多。
为了进一步对比,再把该整体模型转到Midas-Gen计算,下图是Midas的计算模型和周期计算结果,可以看出和YJK的计算结果完全相同。
实例二:某工业厂房框架结构,在建模中布置了楼梯,对计算参数“结构计算时考虑楼梯刚度“分别设置为不勾选和勾选,然后对比计算结果如下。
可以看出,和上例类似,计算中考虑楼梯后周期减小,基底剪力加大,楼梯间处受影响的柱的内力等加大,但是变化的幅度也不大。
转到Midas-Gen计算对比,周期完全相同。
实例三、三、考虑楼梯后计算结果的变化不会出现异常常听到用户反映使用某软件考虑楼梯的计算后总是出现异常的计算结果,如考虑楼梯后位移比就不能满足要求,相连的、甚至远不相连的柱梁构件配筋异常等。
YJK经过大量的计算实例对比,用YJK软件整体计算中考虑楼梯后,一般周期减小,基底剪力加大,与楼梯相连的构件配筋增多,但是变化的幅度有限。
把YJK带楼梯模型导入MidasGen计算可以得到相同的结果,因此以前软件变化幅度多大造成计算异常可能是它的计算模型或软件缺陷造成的。
PKPM08版考虑楼梯的计算方案GB50011-2001(2008局部修订版)第3.6.6.1条规定计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况;计算中应考虑楼梯构件的影响。
条文说明中指出考虑到楼梯的梯板等具有斜撑的受力状态,对结构的整体刚度有较明显的影响。
建议在结构计算中予以适当考虑。
为了适应新的抗震规范要求,PKPM08版给出了计算中考虑楼梯影响的解决方案:在PMCAD的模型输入中输入楼梯,可在四边形房间输入二跑或对折的三跑、四跑楼梯。
程序可自动将楼梯转化成折梁,此后接力SATWE等的结构计算即包含了楼梯构件的影响。
模型输入退出时可由用户选择是否将楼梯转化为折梁到模型中,如用户选择此项,则程序将已建好的模型拷入工作子目录下的lt子目录,并自动将每一跑楼梯板和其上、下相连的平台板转化成一段折梁,在中间休息平台处增设250500mm层间梁。
二跑楼梯的第一跑下接于下层的框架梁,上接中间平台梁,第二跑下接中间平台梁,上接于本层的框架梁。
原有工作子目录中的模型将不考虑模型中的楼梯布置的作用,其计算与往常相同。
而在lt子目录下的模型中,楼梯已转化为折梁杆件,该模型可由用户进一步修改。
在lt子目录下做SATWE等的结构计算,此时的计算可以考虑楼梯的作用。
1 楼梯输入在PMCAD主菜单一的结构建模中输入楼梯,楼梯建模应在楼层组装后完成,因为此时各楼层的层高已经确定,只有层高确定之后,各楼梯跑才能正确布置。
在楼层定义】菜单下增设楼梯布置】子菜单,在楼梯布置】菜单下有三个子菜单,分别为楼梯布置】、楼梯删除】、层间复制】。
楼梯建模步骤如下:1)点击楼梯布置】菜单,选择需布置楼梯的四边形房间(目前程序只能选择四边形房间);2)点击鼠标右键,程序弹出图1所示对话框,对话框右上角显示楼梯的预览图,程序根据房间宽度自动计算梯板宽度初值,用户可修改楼梯定义参数。
点击确定】按钮完成楼梯定义与布置,如图2所示。
楼梯抗震设计问题总结分析本文根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第 3.6.6条、第6.1.15条及《建筑抗震设计规范GB50011-2010统一培训教材》、国家标准图集11G101-2以及朱炳寅《建筑抗震设计规范应用与分析GB50011-2010》综合整理而成,以备审核时查阅。
一、楼梯抗震设计原则:《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.6.6条第1款:计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况,计算中应考虑楼梯构件的影响。
条文说明中进一步指出:针对具体结构的不同,“考虑”的结果,楼梯构件的可能影响很大或不大,然后区别对待。
楼梯构件自身应计算抗震,但并不要求一律参加整体结构的计算。
这条规定是从汶川地震后,2008年修订版增加的要求,新抗规进一步明确了根据楼梯对主体抗震性能的影响大小来决定是否参与整体计算,并增加了以下规定:GB50011-2010第6.1.15条第2款:对于框架结构,楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则;楼梯构件与主体结构整浇时,应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响,应进行楼梯构件的抗震承载力验算;宜采取构造措施,减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。
条文说明中进一步指出:对于框架结构,楼梯构件与主体结构整浇时,梯板起到斜支撑的作用,对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大,应参与抗震计算;当采取措施,如梯板滑动支承于平台板,楼梯构件对结构刚度等的影响较小,是否参与整体抗震计算差别不大。
对于楼梯间设置刚度足够大的抗震墙的结构,楼梯构件对结构刚度的影响较小,也可不参与整体抗震计算。
结合新抗规培训教材和新出的国家标准图集11G101-2,可以归纳出:1、楼梯与主体结构整浇的框架结构(包括梯间四周未用剪力墙和连梁围合的框-剪结构):(1)楼梯布置应避免特别不规则,楼梯应参与整体抗震计算;(2)楼梯构件应进行抗震承载力验算,并与正常使用荷载基本组合进行包络设计;(3)楼梯构件应采取如下抗震构造措施:①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;②梯板按斜支撑构件设计,板厚不宜小于140mm,不应小于120mm【参照GB50010-2010第9.4.1、9.4.5条】;③梯板两侧设置纵向暗梁,暗梁纵筋一、二级不少于612,三、四级不少于412,箍筋不小于φ6@200【图集11G101-2第8页】;④梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第44页】。
楼梯设计统一规定一、在不同结构体系中如何考虑楼梯构件的影响1、规范依据:(1)抗规第3.6.6.-1条“……,计算中应考虑楼梯构件的影响。
”(2)抗规第6.1.15-2条“对于框架结构,楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则;楼梯构件与主体结构整浇时,应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响,应进行楼梯构件的抗震承载力验算;宜采取构造措施,减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。
”2、2012年江苏省建设工程施工图审查技术问答:问:新版平法图集11G101-2有楼梯板滑动支座的做法,图集中注有说明“可不参与结构整体抗震计算”。
该做法适用范围是什么?有的设计单位所有楼梯(包括疏散楼梯)均采用此做法,是否可靠?答:GB50011-2010第6.1.15条对楼梯的设计提出了具体要求,楼梯构件对地震作用及其效应的影响,尚未见公认、可靠的方法,采用现有的商用软件计算时,往往出现不合理的结果。
建议框架结构的楼梯可采用国家标准图集提供的“楼梯板滑动支座做法”,一般的剪力墙结构或刚度较大的框-剪结构的楼梯仍采用传统的设计方法。
3、根据以上依据以及实际工程情况,对应于不同结构体系中可考虑的楼梯类型如下:(1)对于剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构,可不考虑楼梯构件对主体结构刚度的影响,即楼梯构件可不参与抗震计算,仍按传统方法进行楼梯设计,即采用11G101-2中的ATx~DTx。
框架结构中的平面直角三跑楼梯也可以采用。
(2)对于框架结构,应优先考虑楼梯板与主体结构整浇,考虑楼梯构件对主体结构刚度的影响,即楼梯构件需参与抗震计算,此时楼梯设计可采用11G101-2中的ATcx。
应优先选用休息平台与主体结构脱开的做法,避免楼梯平台处的框架柱出现短柱。
(3)框架结构中若考虑楼梯构件对主体结构刚度的影响,最终导致结构平面特别不规则,此时可考虑楼梯板设置滑动支座,使得楼梯构件不参与抗震计算。
楼梯设计可采用11G101-2中的ATax、ATbx以及本规定补充的类型CTax、BTbx、CTbx、DTbx。
浅议楼梯按实际建模对结构主体设计的影响发表时间:2018-01-04T10:38:24.080Z 来源:《建筑学研究前沿》2017年第22期作者:潘生幸[导读] 随着国民经济的发展,城市化进程日渐加快,许多商业和住宅建筑中。
中船第九设计研究院工程有限公司随着国民经济的发展,城市化进程日渐加快,许多商业和住宅建筑中,建筑平面形式不断在寻求新的突破,与此同时,建筑防火规范对于疏散要求也在不断地提高,因此,在这种情况下,楼梯间设计时,往往因为平面或疏散要求而受到各种制约,无法实现滑动支座的做法。
故根据规范要求,框架结构主体的抗震计算中,应计入该部分楼梯构件的作用效应。
目前框架结构中抗震楼梯主要有两种工程技术措施:一是设置滑动支座二是楼梯段与结构主体整浇但必须参与整体结构计算。
前者能够有效地释放楼梯斜段对于柱身的斜撑作用,避免框架柱中段受到较大的集中力,但是此类型对于梯段选型有比较高的要求,对于平台段较长的BT型、DT型以及跨度较大导致板厚较大的AT型、CT型楼梯来说,较难实现滑动支座的设置。
后者则可以解决各类相对复杂型楼梯及跨度较大导致梯板厚度≥160mm不适宜做滑动支座类型楼梯的计算,但因计入楼刚度响,所以会对结构内力计算及局部构件配筋产生影响,故该影响是本文的重点研究对象。
本文将结合具体工程实例来谈谈楼梯按实际建模在工程实际设计过程的设计。
1 工程概况某中学行政楼所位于江苏省仪征市,地上为五层的现浇框架结构,地下设一层局部地下室,单层建筑面积约为916m2,层高3900mm,建筑高度23.5m;抗震设防烈度为7度(0.10g),场地类别为III类;楼梯位于东西两侧第二第三柱跨之间,为现浇两跑楼梯,楼梯间柱网尺寸6600x7500mm。
梯段投影长度为3360mm,梯段类型为BT型及AT型两种。
2 楼梯建模2.1 相关条文根据《建筑抗震设计规范》第6.1.15条文规定[1]:楼梯间应符合下列要求:(1)宜采用现浇钢筋混凝土楼梯;(2)对于框架结构,楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则;楼梯构件与主体结构整浇时,应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响,应进行楼梯构件的抗震承载力验算;宜采取构造措施,减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。
赢建科中框架结构考虑现浇楼梯参与整体计算的影响发表时间:2019-12-02T14:54:29.617Z 来源:《基层建设》2019年第25期作者:陈君弦[导读] 摘要:2008年汶川地震的发生后,行业设计规范增加了条文,要求楼梯参与结构模型计算,相应的结构设计软件也增加了计算楼梯的模块。
深圳联合创艺建筑设计有限公司南宁分公司摘要:2008年汶川地震的发生后,行业设计规范增加了条文,要求楼梯参与结构模型计算,相应的结构设计软件也增加了计算楼梯的模块。
通过使用赢建科结构设计软件不同的建模方式,对楼梯参与整体结构设计进行分析,提出在使用该软件中需要注意的一些要点。
1前言房屋的主要疏散工具之一——楼梯,在抗震防灾中起重要的作用。
2008年5月12日的汶川地震过后,专家对震害数据进行了分析。
在地震发生时,框架结构中的楼梯在房屋主体结构破坏前已经破坏,没有发挥逃生的功能。
本文采用的结构抗震计算分析软件为赢建科。
通过不同形式将楼梯建入模型,计算分析其对整体指标的影响,为现行钢筋混凝土框架结构现浇楼梯设计提出建模上的几点意见,供设计人员参考。
2模型的建立本文模型为框架结构,建筑物平立面规则,抗侧力构件平面布置对称,楼板平面连续的形体。
模型为5层办公楼,结构形式为框架结构,层高均为3.3m。
平面布置图如下图一,框架柱中柱均为400X400,边框柱、角框柱均为500X500,框架梁按跨度选用250X500和250X400。
标准层恒载:2KN/㎡,标准层活载:2KN/㎡;屋面恒载:4KN/㎡,屋面活载:0.5 KN/㎡。
模型所在地区基本参数:设防烈度为7度(0.10g),二类场地,标准设防类别。
周期折减系数不折减。
模型一:早前,传统做法是将楼梯间的楼板板厚输入为0,板面恒荷载输入8KN/㎡。
将楼梯荷载折算成板面荷载考虑到模型里,然后通过板面荷载传到周边梁,然后再传到框架柱。
模型二:另外一种设计师常用的建模方式,就是将楼梯以构件形式分别建入模型,一般应用于布置比较复杂的楼梯,计算软件中没有提供的楼梯形式。
楼梯对结构计算影响分析及其处理技术研究[摘要]楼梯对于楼梯是结构必不可少的一部分,特别是在灾害来临时,楼梯是人们逃生的主要通道,因此在抗震设计中必须保证楼梯结构的安全。
本文结合2008年汶川大地震案例,分析了楼梯对结构计算的影响并初步研究了处理技术,为下一步的研究提供参考。
【关键字】楼梯;建筑结构;抗震性能1.引言当前,楼梯构件在整体结构中的受力状态、楼梯构件对主体结构的作用效果及影响程度等有一个较为清楚的了解与把握,同时《建筑抗震设计规范》的现骨干条文也提出楼梯构件在结构计算中的考虑依据。
以下将深入地探讨楼梯在地震中出现的震害,借此来引出楼梯对结构的影响,提出其有效的处理方案。
2.实例分析为了进一步研究楼梯对整体结构、结构构件等影响,现通过建立多个5开间系列的分析模型来进行深入分析。
模型为地上6层的多层建筑,层高均为3.900m,地坪处设置拉梁,基础顶标高-2.000m。
柱材料选取C40,其余构件均选用C30。
柱截面尺寸为650x650,梯柱截面尺寸为300x300,框架梁截面尺寸均为300x600,梯梁截面尺寸为250x400,楼梯间次梁截面尺寸为300x600,其余次梁截面尺寸均为250x500。
地震动参数选取7度(0.15g),一组,II类场地。
3.计算分析结果从计算分析结果表明,楼梯对结构的影响,其基本规律表现在如下方面:(1)由于考虑楼梯构件,结构整体刚度加大但是其在结构平面内分布并不均匀,从而导致结构整体分析结果发生变化。
这些分析结构的变化程度取决于纯框架的刚度、楼梯的数量和布置的位置等情况。
大致上表现出来的规律是楼梯刚度与纯框架结构刚度比值越大,则平动周期减少越多,总地震作用加大越多,沿梯板方向影响大,垂直梯板方向影响很小;楼梯在楼面的两端对称布置,扭转周期明显减少,扭转位移比减少较多;楼梯布置在楼面中部,扭转影响不明显;楼梯布置在楼面的一端,扭转周期有所减少,但扭转位移比明显加大。
关于楼梯抗震设计问题本文根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第 3.6.6条、第6.1.15条及《建筑抗震设计规范GB50011-2010统一培训教材》、国家标准图集11G101-2以及朱炳寅《建筑抗震设计规范应用与分析GB50011-2010》综合整理而成,以备审核时查阅。
一、楼梯抗震设计原则:《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.6.6条第1款:计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况,计算中应考虑楼梯构件的影响。
条文说明中进一步指出:针对具体结构的不同,“考虑”的结果,楼梯构件的可能影响很大或不大,然后区别对待。
楼梯构件自身应计算抗震,但并不要求一律参加整体结构的计算。
这条规定是从汶川地震后,2008年修订版增加的要求,新抗规进一步明确了根据楼梯对主体抗震性能的影响大小来决定是否参与整体计算,并增加了以下规定:GB50011-2010第6.1.15条第2款:对于框架结构,楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则;楼梯构件与主体结构整浇时,应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响,应进行楼梯构件的抗震承载力验算;宜采取构造措施,减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。
条文说明中进一步指出:对于框架结构,楼梯构件与主体结构整浇时,梯板起到斜支撑的作用,对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大,应参与抗震计算;当采取措施,如梯板滑动支承于平台板,楼梯构件对结构刚度等的影响较小,是否参与整体抗震计算差别不大。
对于楼梯间设置刚度足够大的抗震墙的结构,楼梯构件对结构刚度的影响较小,也可不参与整体抗震计算。
结合新抗规培训教材和新出的国家标准图集11G101-2,可以归纳出:1、楼梯与主体结构整浇的框架结构(包括梯间四周未用剪力墙和连梁围合的框-剪结构):(1)楼梯布置应避免特别不规则,楼梯应参与整体抗震计算;(2)楼梯构件应进行抗震承载力验算,并与正常使用荷载基本组合进行包络设计;(3)楼梯构件应采取如下抗震构造措施:①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;②梯板按斜支撑构件设计,板厚不宜小于140mm,不应小于120mm【参照GB50010-2010第9.4.1、9.4.5条】;③梯板两侧设置纵向暗梁,暗梁纵筋一、二级不少于612,三、四级不少于412,箍筋不小于φ6@200【图集11G101-2第8页】;④梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;分布筋末端弯直钩伸至对边【图集16G101-2第44页】。
本文根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第 3.6.6条、第6.1.15条及《建筑抗震设计规范GB50011-2010统一培训教材》、国家标准图集11G101-2以及朱炳寅《建筑抗震设计规范应用与分析GB50011-2010》综合整理而成,以备审核时查阅。
一、楼梯抗震设计原则:《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.6.6条第1款:计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况,计算中应考虑楼梯构件的影响。
条文说明中进一步指出:针对具体结构的不同,“考虑”的结果,楼梯构件的可能影响很大或不大,然后区别对待。
楼梯构件自身应计算抗震,但并不要求一律参加整体结构的计算。
这条规定是从汶川地震后,2008年修订版增加的要求,新抗规进一步明确了根据楼梯对主体抗震性能的影响大小来决定是否参与整体计算,并增加了以下规定:GB50011-2010第6.1.15条第2款:对于框架结构,楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则;楼梯构件与主体结构整浇时,应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响,应进行楼梯构件的抗震承载力验算;宜采取构造措施,减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。
条文说明中进一步指出:对于框架结构,楼梯构件与主体结构整浇时,梯板起到斜支撑的作用,对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大,应参与抗震计算;当采取措施,如梯板滑动支承于平台板,楼梯构件对结构刚度等的影响较小,是否参与整体抗震计算差别不大。
对于楼梯间设置刚度足够大的抗震墙的结构,楼梯构件对结构刚度的影响较小,也可不参与整体抗震计算。
结合新抗规培训教材和新出的国家标准图集11G101-2,可以归纳出:1、楼梯与主体结构整浇的框架结构(包括梯间四周未用剪力墙和连梁围合的框-剪结构):(1)楼梯布置应避免特别不规则,楼梯应参与整体抗震计算;(2)楼梯构件应进行抗震承载力验算,并与正常使用荷载基本组合进行包络设计;(3)楼梯构件应采取如下抗震构造措施:①纵向面筋拉通且不小于最小配筋率,底、面纵筋均按充分考虑钢筋抗拉强度的要求锚固;②梯板按斜支撑构件设计,板厚不宜小于140mm,不应小于120mm 【参照GB50010-2010第9.4.1、9.4.5条】;③梯板两侧设置纵向暗梁,暗梁纵筋一、二级不少于612,三、四级不少于412,箍筋不小于φ6@200【图集11G101-2第8页】;④梯板双层钢筋网之间设置间距不小于φ6@600的拉筋;分布筋末端弯直钩伸至对边【图集11G101-2第44页】。
楼梯构件对结构整体设计的影响分析摘要:楼梯作为建筑结构设计中必不可少的一部分,对整体结构的影响十分重要。
本文分析了楼梯构件对结构整体设计的影响,重点探讨了楼梯对整体刚度和构件内力的影响,并提出了一些优化措施,如楼梯的设计优化、采用钢结构楼梯以及楼梯与结构之间的衔接处理等,以减少楼梯对整体的不利影响。
通过研究,可以为建筑结构设计提供一些参考和指导。
关键词:楼梯构件;结构整体设计;刚度;构件内力;优化一、研究背景和意义(一)楼梯构件在建筑结构设计中的重要性楼梯作为建筑结构设计中必不可少的一部分,不仅是连接不同层的重要通道,还承担着一定的荷载作用,同时也是建筑物空间形态的重要组成部分。
因此,在建筑结构设计中,楼梯构件的设计和施工都具有十分重要的意义。
(二)楼梯构件对整体结构的影响楼梯构件不仅仅是单独存在的构件,它还与建筑结构的其他构件密切相关。
因此,楼梯构件的设计不仅要考虑其自身的结构强度和稳定性,还要考虑其对整体结构的影响。
楼梯的存在会对结构的刚度、构件内力等产生影响,甚至会影响整个建筑物的空间形态。
二、楼梯构件对整体刚度的影响(一)楼梯构件的刚度分析楼梯构件的刚度是指其受力变形的能力,也是衡量其结构强度和稳定性的重要指标。
楼梯的刚度与楼梯材料、截面形状、连接方式等因素密切相关。
在设计楼梯时,需要进行刚度分析,以确定其刚度。
楼梯的刚度可以用刚度系数 K 来表示,其计算公式为:K = F / δ其中,F 是施加在楼梯上的外力,δ 是楼梯的变形量。
刚度系数越大,表示楼梯的变形量越小,其受力变形的能力越强,刚度越大。
要进行楼梯的刚度分析,需要先确定楼梯的材料、截面形状和尺寸等参数。
常见的楼梯材料包括混凝土、钢材和木材等,不同材料的刚度系数也有所不同。
对于钢材楼梯而言,其刚度系数通常比混凝土楼梯高。
楼梯的截面形状和尺寸也会对其刚度产生影响。
一般来说,楼梯的截面形状越大、越扁平,其刚度就越高。
同时,楼梯长度和支撑方式等因素也会影响其刚度。
楼梯对主体结构抗震性能的影响分析一、引言在以往结构设计中一般是将楼梯部分的荷载转化为等效荷载加到周边构件,梯板、平台板、梯柱等构件单独计算,没有考虑楼梯参与结构整体的计算分析,关于楼梯构件对结构整体的抗震性能影响不很清楚。
以往这种将楼梯部分简化为等效荷载的考虑方式使我们现在的设计中存在重大的安全隐患。
楼梯是重要的逃生通道,楼梯破坏意味着逃生通道被截断。
在5.12地震中大量楼梯构件在地震的反复作用下发生破坏,导致逃生人员不能顺利逃离,失去了宝贵的生命,在地震中,楼梯对周围构件的影响主要有两种体现,一种为楼梯间的整体破坏,另一种为楼梯间角柱的剪切破坏。
作为结构设计人员,我们有责任从灾难中总结经验教训,并运用到以后设计中。
汶川地震发生后,规范编制组对《建筑结构抗震规范》GB50011-2001进行了局部修订,在3.6.6.1条中新增了“计算中应考虑楼梯构件的影响”,该条的条文说明中介绍“本次修订,考虑到楼梯的梯板等具有斜撑的受力状态,对结构的整体刚度有较明显的影响。
建议在结构计算中予以适当考虑。
”。
之后规范编制组提出了《建筑结构抗震规范》GB50011-20xx的征求意见稿,在6.1.5条中新增了“楼梯间的布置不应导致结构平面显著不规则,并应对楼梯构件进行抗震承载力验算”,在6.1.15条中新增了“楼梯休息板的横梁和楼梯边梁不宜直接支承在框架柱上,支承楼梯的框架柱应考虑休息板的约束和可能引起的短柱”。
这也反映出楼梯做为整体结构的一部分要参与到整体分析中的必要性和迫切性。
本文通过对典型算例的分析来探讨楼梯对主体结构抗震性能的影响。
二、模型简介本文研究的算例为典型的4层钢筋混凝土框架结构宿舍楼,按楼梯位置的不同分为6种情况,其平面布置图如图2.1,2.2所示。
算例的基本参数为:纵向7×6m,横向6m+2.4m+6m,层高3.6m,楼板厚均为100mm,梯板140mm,楼梯休息平台板100mm;梁、柱、板采用混凝土C30,纵向钢筋HRB400,箍筋HRB335;场地类别Ⅲ类,抗震设防类别7度(0.15g),设计地震分组第一组,抗震等级三级。
抗规3.6.6条第1款中提到了计算中应考虑楼梯构件的影响,但在实际工程中是否考虑楼梯参与整体结构的
计算?
先来分析一下楼梯对整体结构的影响是什么:
简单来说,对一个受力体,一般是一个竖向力,一个水平力,和一个弯矩就可以确定了。
所以我们可以从楼梯对整体结构竖向构件、水平传力及对结构造成的扭转来考虑。
楼梯会使竖向构件中间受力,形成短柱或局部错层等;梯梁不仅承担斜置梯板传给的竖向剪力, 同时还承受水平向产生的剪力, 上下梯板之间形成的极短梁段应力集中, 发生剪切破坏且裂缝延伸至平台板,很容易使梯板拉压破坏, 梯梁在上下梯板间剪切破坏的震害等;楼梯的布置也会对扭转产生很大的影响。
PKPM计算中,是能够考虑楼梯的作用的。
我们通过计算分析,就可以满足承载力的要求和弹性变形的要求。
那是不是我们“考虑楼梯的影响”只要参与整体计算就可以了?是不是当结构整体性能指标满足,承载力满足,弹性变形满足,就可以了?
显然,不是这样的。
因为我们抗震设计,是三水准,两阶段设计。
三水准是:小震不坏,中震可修,大震不倒;我们承载力的满足,弹性变形的满足,仅仅是小震不坏。
当中震和大震的时候呢(这个时候,结构部分或者全部进入了屈服阶段)?我们知道,一般情况下抗震是按刚度分配的,对于楼梯参与整体结构的框架结构来说,楼梯的刚度要大于主体结构,分配的地震力也相对较多,一般情况下楼梯部分先发生破坏,这样就实现不了楼梯的疏散和安全通道的功能了,这种情况是在弹塑性状态下,仅地震计算是不能完全考虑的。
看一个结构的抗震性能好不好,更重要的是看它在屈服机制下的抗震性能,即大震情况下。
如有少量剪力墙的框架结构,当在弹性状态下,剪力墙布置在周边,由于刚度大,可能整体性能各项指标能很好满足。
但是,在屈服机制下,剪力墙由于分配的地震作用相对来说比较大,因此就充当了第一道防线,先发生破坏。
如果这个时候,由于剪力墙的破坏而使框架结构的扭转很大,那大震的时候很容易倒塌,但是如果这个时候框架结构的扭转很小,那么大震就不容易倒塌或着倒塌的过程相对增长。
实现中震可修,大震不倒的方法,一般是通过抗震构造或者弹塑性变形验算实现的。
因此,“考虑楼梯构件的影响”并不一定要参与整体结构的计算,建议在实际工程中根据楼梯与主体结构不同的情况(楼梯与主体结构的相对刚度)优先考虑抗震构造措施,并使楼梯的布置对结构的规则性有利。