框架结构楼梯的震害分析与设计对策
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框架结构楼梯的震害分析与设计对策摘要:就近几年由地定影响而造成的房屋损毁问题进行分析,其中框架结构中板式楼梯震害问题较为严重。
本丈针对框竺钟少挤式楼梯震害产生的原因做了浅要总结,有针时性的提出了有关预防措施和减轻灾害的方法、思路以及改进措施,旨在为有关工作人员提供参考。
关键词:地震、板式楼梯、框架结构、震害、建筑工程、设计一、前言在发生强烈地震的时候,楼梯是最为重要的紧急逃生通道,在整个建筑结构中的担任着重要角色。
因此,在目前的社会发展中,做好楼梯的竖向通道和抗震要求极为关键,是避免楼梯破坏而延误人员撤离、救援工作开展的主要方式,也是降低地震灾害的关键环节。
本文以现浇板式楼梯为例,对框架结构楼梯的震害进行分析并提出有关对策在钢筋混凝土框架结构中的应用最为广泛,而且实际震害表明,现浇混凝土楼板可谓是钢筋混凝土框架结构中作为薄弱的一个环节,为此我们有必要在工作中进行研究和探讨。
二、板式楼梯概述板式楼梯作为目前建筑工程项目中最为常见的一种竖向通道,在各类建筑物中都极为常见。
虽然在现代化社会发展中,电梯日趋普及,但是传统的板式楼梯仍然在众多新兴建筑结构中以安全、方便的优势占据着重要的地位。
1、板式楼梯概念板式楼梯是将楼梯作为板来进行考虑的。
是将板的两端置放在休息平台的边梁上,而休息平台支撑在墙体之上的一种楼梯结构。
这种楼梯结构是目前建筑工程领域中最为常见的一种,极为常见的结构主要有三跑楼梯、单跑楼梯、双跑楼梯等。
它在应用中具备着受力简单、施工方便的优势。
2、板式楼梯的应用板式楼梯作为当前建筑工程领域中最为常见的竖向交通通道,在各类建筑中得到了极为广泛的使用。
在结构分析中,这种楼梯通常都是按照受弯构件进行分析的,在受力弯件分析中,这些楼梯不仅表现出良好的工作性能,同时更是存在着方便、快捷以及安全性高的特点。
三、板式楼梯破坏形态分析楼梯在建筑工程中担负着紧急逃生的重要作用,在整个建筑结构中发挥着重要的角色和作用,应适应当前高层建筑物的发展要求,来进行设计和施工。
试论框架结构楼梯的震害设计对策前言楼梯承担着逃生路线的重要作用,然而在震害调查中发现,楼梯间的震害较为严重,而且大部分楼梯间是在主体结构破坏前发生破坏严重影响了楼梯作为逃生路线的重要功能。
一、楼梯的震害调查及原因分析在汶川地震中,框架结构、框剪结构和砖混结构中的钢筋混凝土现浇楼梯都出现了大量破坏,尤以框架结构中楼梯的破坏最为严重。
框架结构中楼梯的主要震害现象有:梯段板的破坏、楼梯间角柱的破坏、梯柱的破坏和平台梁的破坏等。
1、梯段板破坏梯段板破坏主要表现为水平裂缝处混凝土被压碎,梯段板弯曲下挠,甚至断裂,破坏主要发生在距离两端支座约1/4 跨处和楼梯施工缝处。
产生此类震害现象的原因有以下两点:(1)梯段板上下端与楼层框架梁板相连,形成了一个空间的K 形受力体系。
在以往的配筋设计时,梯段板负筋长度通常按照跨度的1/4 来确定,造成楼段板1/4 跨处受力筋数量发生突变,成为受拉的薄弱部位。
在反复水平地震作用下,梯段板与主体框架协同工作,到很大的反复的轴向拉压力作用,造成梯段板在负筋截断位置发生断裂。
(2)樓体施工时,往往在梯段板跨中或1/3 跨处设置施工缝。
但因为质量控制不严格,施工缝中存在残渣,导致后浇混凝土在与先浇混凝土的结合面处强度较差,这样在地震作用下产生的剪拉内力极易使梯段板破坏。
2、楼梯间角柱的破坏楼梯间角柱的破坏主要表现为角柱中部发生剪切破坏、钢筋屈曲和混凝土被破碎。
这是由于楼梯休息平台通过平台梁和平台板与框架柱相连,楼梯间角柱净高降低很多,导致楼梯间角柱分配到比其它框架柱大数倍的地震剪力。
加上休息平台对楼梯间角柱的约束,地震作用下角柱中间极易发生剪切屈曲破坏。
3、楼梯梯柱的破坏楼梯梯柱通常为构造配筋,截面宽高一般为200mm~250mm。
地震中梯柱出现柱头破损和混凝土压碎。
出现此类破坏的原因是:(1)支撑梯段板的梯柱是双向压弯、双向剪切构件。
梯柱截面过小,平台梁在柱内锚固长度过短,导致节点混凝土被压碎,平台梁纵筋被拔出。
关于钢筋混凝土框架结构楼梯间抗震设计的分析与建议关于钢筋混凝土框架结构楼梯间抗震设计的分析与建议[摘要]楼梯间作为紧急逃生通道,在抗震设计中应满足更高要求。
汶川地震中楼梯间大量破坏受到了结构工作者的重视和关注。
本文在总结和分析楼梯间震害的根底上,结合多年设计实践,对楼梯间抗震设计提出有关建议,希望能够对有关的研究和设计工作提供帮助和借鉴。
Suggestions on Staircase Seismic Design in RC Frame Constructions[Abstract] :As the people"s escape-way in the building,stairs should meet higher requirements in earthquake. It was paid attention by structural engineers that a lot of staircases were destroyed in Wenchuan Earthquake. We hope it was adoptive and helpful for them that some suggestions were gived based on the seismic analysis and years of design research in practice. [关键词]框架结构楼梯间抗震设计[keywords]frame constructionstaircaseseismic design中图分类号:U452.2+8 文献标识码:A 文章编号: 1 引言楼梯间作为地震发生时的紧急逃生竖向通道,在结构抗震设计时应予以重视和加强。
调查发现,汶川地震中许多建筑的楼梯间遭受到不同程度的破坏,未能起到应有作用。
本文通过对楼梯间震害的分析和讨论,结合多年的设计经验,对楼梯间的抗震设计提出了自己的认识和看法,希望能够对有关的研究和设计工作提供帮助和借鉴。
框架结构中板式楼梯震害分析及对策探讨摘要:对于我国的建筑工程来说,很容易受到地震的影响。
造成了严重的资源和资金的损失,也给人们的生产和生活带来严重的影响,更为严重的还会存在一定的伤亡现象。
为了避免地震给建筑工程带来的危害,相关的技术人员和工作人员在建筑设计和施工中运用了先进的施工技术和方法,尤其是在框架结构的建筑中,板式楼梯的震害问题受到了人们的高度关注。
因此,本文对于这一问题也进行了深入阐述和探讨,旨在给相关的工作人员提供参考。
关键词:框架结构;板式楼梯;震害破坏;成因;对策从整个建筑结构中可以看出,板式楼梯是一种共用的建筑通道,在人们的生活中占据着至关重要的作用。
一般来说,楼梯的主要功能就是为人们的上下楼提供方便,不需要更多的荷载力。
因此,在设计的过程中很少对板式楼梯加强重视。
但是,一旦出现地震的现象,板式楼梯受到损害的程度往往是最大的。
如果楼梯出现了损害,人们就很难进行逃生,而且救援人员也无法进行及时的救援,可见楼梯的稳定性和抗震性在建筑工程的设计中需要得到工作人员的重视。
要对楼梯出现损害的原因以及情况尽心细致地分析,然后在此基础上提出切实可行的应对措施。
1、板式楼梯的破坏成因和形态框架结构是现代的建筑工程中较为常见的一种结构形式,楼梯的形式多采用板式结构。
虽然这种结构的设计可以给人们带来一定的方便,而且对于空间的要求程度较低,施工工序简单。
但是,其抗震性和稳定性需要得到保证。
楼梯在地震中受到的破坏形态可以从以下几个方面来进行分析:1.1梯板破坏楼梯的梯板部位出现破坏,最主要的形态就是发生了断裂。
而且,断裂的部位多出现在距离支座较近的地方,或者是施工缝以及装修层的位置。
板式楼梯出现了断裂的现象除了受到地震的影响之外,还和施工人员的施工有直接的关系。
比如,对于梯板的施工缝预留不合理或者是对于施工缝清理的不彻底,还存留一定的夹渣等等。
新旧混凝土结合程度不够就会对整个楼梯的结构带来严重的影响,很容易出现断裂的现象。
楼梯框架结构的抗震影响分析与基础设计建议汶川地震中,框架结构建筑物的楼梯的破坏情况都较为严重,进而楼梯在框架结构中的设计方法成为许多学者研究的课题和方向,本文通过楼梯和框架结构的抗震性能分析,为楼梯在框架结构中的设计和应用提供指导和帮助。
标签楼梯设计;框架结构;抗震一、绪论和概念楼梯的设计一直是室内装修设计的一大部分,以往楼梯的设计都是根据用途,结合楼梯本身的重力承载程度进行的,而自从汶川地震后,各个地市的楼梯设计在传统概念上不同的加入了平面横向力作用下的楼梯抗震性能分析。
同时我国在新建筑设计规范和标准上,对楼梯的防震性能及其楼梯对整个建筑的抗震性能的影响都加以了规定,要求在设计和施工中必须加以考虑。
另外,随着信息化技术的发展和计算机技术的应用,在实际设计过程中,可以先通过相应的软件和计算方法,将楼梯及整个建筑的模型制作出来,虚拟一定的地震等级,并对其抗震能力做以预计和模拟,并不断修改设计方案,最终达到符合规范的具有一定抗震要求的设计方案。
楼梯属于框架结构建筑物的跃层构件,是整个建筑物的垂直交通通道,同时,在发生地震时,楼梯是人群逃生和疏散的唯一途径。
由于楼梯的功能决定其结构的特殊性,上下垂直阶梯的同时水平位移不同,这样形成的斜向结构导致整个建筑房屋的结构,局部性刚度加大,使得在地震发生时,楼梯所在局部承受的地震作用较大。
另一方面,现代房屋建筑的设计和建筑大多使用框架结构,在框架结构中,各个构件的刚度性能的大小之间关系着整个建筑的受地震作用时构件承受力的大小,而楼梯结构增加了局部的刚度,使得地震作用下楼梯的破坏较为普遍,也相对受到的影响较大。
二、破坏形式通过上小节的分析我们可以看出,楼梯在地震作用中受到破坏是以为普遍的,现阶段,我国楼梯施工多为现浇混凝土制造,结合实际案例和以往震害资料,我们可以将现浇楼梯在框架结构中的建筑物在受到地震作用下的受破坏形式划分以下几种:(1)楼梯的平台梁受到破坏:包括楼梯转接出的平台梁,楼梯上下梯段相交处的平台梁各处梁体在地震作用下发生剪切、剪扭、弯曲变形等破坏。
框架结构楼梯的震害分析与设计对策
发表时间:2019-05-05T16:01:24.237Z 来源:《防护工程》2019年第1期作者:张洁贤
[导读] 确保其附属结构和非结构构件不先于主体结构而破坏,同样是抗震概念设计的重要一环。
更有利于实现减轻震害和减少人员伤亡的目标。
天津市建筑工程学校天津 300000
摘要:本文主要探讨了框架结构楼梯的震害问题,针对楼梯震害深入剖析,从而提出了一些比较可行的预防震害的设计对策,以期可以为今后框架结构楼体的设计提供参考。
关键词:框架结构;楼梯;震害;设计
一、楼梯的震害调查及原因分析
1、梯段板破坏
梯段板破坏主要表现为水平裂缝处混凝土被压碎,梯段板弯曲下挠,甚至断裂,破坏主要发生在距离两端支座约1/4跨处和楼梯施工缝处。
产生此类震害现象的原因有以下两点:
(1)梯段板上下端与楼层框架梁板相连,形成了一个空间的K形受力体系。
在以往的配筋设计时,梯段板负筋长度通常按照跨度的1/4来确定,造成楼段板1/4跨处受力筋数量发生突变,成为受拉的薄弱部位。
在反复水平地震作用下,梯段板与主体框架协同工作,到很大的反复的轴向拉压力作用,造成梯段板在负筋截断位置发生断裂。
(2)楼体施工时,往往在梯段板跨中或1/3跨处设置施工缝。
但因为质量控制不严格,施工缝中存在残渣,导致后浇混凝土在与先浇混凝土的结合面处强度较差,这样在地震作用下产生的剪拉内力极易使梯段板破坏。
2、楼梯间角柱的破坏
楼梯间角柱的破坏主要表现为角柱中部发生剪切破坏、钢筋屈曲和混凝土被破碎。
这是由于楼梯休息平台通过平台梁和平台板与框架柱相连,楼梯间角柱净高降低很多,导致楼梯间角柱分配到比其它框架柱大数倍的地震剪力。
加上休息平台对楼梯间角柱的约束,地震作用下角柱中间极易发生剪切屈曲破坏。
3、楼梯梯柱的破坏
楼梯梯柱通常为构造配筋,截面宽高一般为200mm~250mm。
地震中梯柱出现柱头破损和混凝土压碎。
出现此类破坏的原因是:(1)支撑梯段板的梯柱是双向压弯、双向剪切构件。
梯柱截面过小,平台梁在柱内锚固长度过短,导致节点混凝土被压碎,平台梁纵筋被拔出。
(2)梯柱仅按构造要求配筋,未考虑实际地震作用产生的较大的弯矩和剪力。
(3)节点处混凝土浇筑质量较差,强度较低。
4、楼梯平台梁、平台板的破坏
楼梯平台梁和平台板的破坏主要发生在平台梁的两端和跨中。
破坏特征是钢筋外露和混凝土保护层剥落。
产生此类震害的原因是:在水平地震反复作用下,楼梯构件在框架中起了K形支撑的作用,上下梯段板反复推拉,平台梁板承受空间的弯矩、剪力和扭矩复合作用,受力状态复杂,导致楼梯平台梁在跨中发生剪扭破坏,两端节点出现塑性铰,混凝土被压碎,钢筋扭曲变形,平台粱跨中裂缝向平台板延伸。
二、框架结构楼梯抗震设计要点
1、采用适当的平立面
如何对一个工程项目实施建筑布局与结构布置?这通常与建筑物的平立面直接相关。
有数据表明,简单、规则的框架结构楼梯其抗震能力普遍较强。
这是因为复杂式框架结构楼梯在地震发生时内部构件的强度与刚度形不成一致规律,导致结构扭转非常明显。
因此,在对框架结构楼梯的设计中务必加强措施,尽可能遵循建筑物的均匀对称原则,避免采用不规则的建筑方案,从总体上降低框架结构楼梯的刚度偏心率,并准确无误地计算出相关的地震反应数据,这有利于在必要的情况下采取抗震措施和细分处理措施,保障在地震作用下,受力有明确、直接的传递途径。
2、选择有利场地
在梯段板实际配筋计算时,梯段板按单向板力学模型进行配筋计算,上部负筋通常按照跨复杂性,首先需要通过概念抗震设计来间接实现“大震不倒”,楼梯的抗震概念设计与计算设计同等重要。
由于施工场地的地质环境不同,建筑结构在地震中的反应也是不尽相同的。
因此,在有选择的情况下,选择一块有利于抗震的场地开展施工,很大程度上可以减轻地震所造成的损害。
在选择建筑场地之前,首先根据建筑场地的地质状况及建筑结构的需求,分析出哪些是有利地段,哪些是不利地段,无论何时都不要在危险地段上进行建设,以免造成不必要的人员伤亡与财物损失。
3、保证结构的延性
所谓的结构的延性,就是在承载力没有明显减小的情况下,结构所能产生非弹性变形的能力,其很大程度上体现了结构的变形能力。
有必要说明的是:在地震作用下,结构的延性直接影响着框架结构楼梯能否在灾难中屹立不倒,所以结构的延性在某些意义上等同于结构的强度,二者都是建筑抗震设计中所要考虑的重要指标。
那么怎么样在地震作用下使框架结构楼梯的钢筋混凝土展现出结构的延性呢?这应该尽量地将塑性变形集中作用于延性较好的构件上。
良好的延性对建筑结构的作用无疑是肯定的,一方面它能有效地降低地震作用对框架结构楼梯的影响,另一方面还能吸收地震能量,防止建筑结构的倒塌。
4、增强建筑物的整体性
框架结构楼梯作为许多细节构件连接而成的整体,是一个具备空间刚度的结构体系,其能否承受地震惊人的破坏力量,全看各构件间能不能实现协调工作、有机地形成一个整体。
所以说,框架结构楼梯的整体性能不但是建筑抗震的首要条件,还是框架结构楼梯抗震设计
中的重点内容。
一般来说,钢筋混凝土现浇楼梯板和楼梯的整体性能好,在适当位置布设构造柱,并配置相应的构造钢筋,不但能够消除滑移、散落等问题,加强楼梯板的刚度值,还能适当放宽对框架结构楼梯的平面要求,对于框架结构楼梯的层间变形,也非常容易控制。
三、框架结构楼梯部分加强措施
下面对框架结构楼梯部分的加强措施有:
1.主体结构计算时考虑梯板参与工作,按计算结果加大配筋
由于楼梯的存在使得在楼梯间附近的框架构件的内力增大,在地震作用下增大更明显,而其对远离楼梯间的框架构件内力的影响很小。
建议在采用普通结构设计软件计算分析的基础上,适当放大与楼梯构件直接相连的框架梁柱的配筋。
2.切断梯板与框架柱的联系,在框架梁上做独立小柱支撑楼梯板
上个方法是采用合适的断面与配筋来抵抗地震作用;另外还可以采用“放”,即将半层平台与柱的联系切断,在框架梁靠近框架柱的部位另设独立小柱来支撑梯板。
楼梯间相邻构件出现的变化如下。
(1)Z2柱与楼梯半层平台相连,横向剪力突增,是楼梯平台和柱无连接的3倍多;横向弯矩增大较多。
由此可见,断开楼梯平台和框架柱的连接,能有效减少楼梯平台对框架柱的地震影响。
(2)半层平台梁剪力增大较多,弯矩有所减小。
(3)梯板轴力增大较多。
不论是否切断楼梯平台梁和柱的连接,梯板都承受了较大的轴力。
今后在梯板设计中,应按拉弯构件设计,梯板负筋应全部拉通,而不能按现行构造手册所示的负筋长度按l/4板跨截断。
3.改进现有楼梯构造,按楼梯的实际受力状态配筋
目前梯板的设计不论是教科书还是设计中经常参考的混凝土结构构造手册,梯板配筋均采用单向板的配筋方式,在水平地震作用下,梯板将承担较大的轴力,而梯板施工图中却基本未反映这种效应,导致梯板大量产生受拉破坏,所以梯板的配筋方式应使负筋完全贯通以承担梯板中实际存在的轴力。
由于梯板的斜撑作用导致楼梯平台梁受到平面外的剪力,产生平面外弯矩。
此部分目前在设计中也未加考虑,所以平台梁设计时应如实考虑平面内和平面外的弯矩及剪力。
按双向受弯构件并按框架梁的要求进行设计。
楼梯平台板也应加强构造。
采用双层双向配筋来近似考虑梯板的斜撑作用。
结语:
事实再一次告诫我们,在充分莺视主体结构安全的前提下,确保其附属结构和非结构构件不先于主体结构而破坏,同样是抗震概念设计的重要一环。
更有利于实现减轻震害和减少人员伤亡的目标。
参考文献:
[1]冯远,吴小宾,李从春,等现浇楼梯对框架结构的抗震影响分析与设计建议[J]土木工程学报,2013,43(10)
[2]刘小虎.框架结构中楼梯的抗侧刚度分析[J].工业建筑,2014,39:334-337
[3]曹万林,胡国振,周明杰,等.钢筋砼框架与楼梯共同工作性能试验研究[J].工程力学,2012.16.。