2012考虑楼梯的框架结构连续倒塌分析_王赞
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关于框架结构中楼梯抗震设计的思考摘要:框架结构是由梁与柱构成的,主要针对的是建筑群体中的大型楼房所能用到的。
在框架中楼梯属于建筑工程中最主要的安全逃离通道之一,它能够在地震来临之际,进行有序的疏散以及逃离。
在以往的地震之时,没有一个相对安全有效的方法能够让楼梯依旧处于比较坚固的状态。
所以对此需要一个完整的设计理念,如何能够让楼梯在自然灾害之下,仍然可以正常使用显得极为重要。
关键词:框架设置;楼梯设计分析;设计建议明确建筑内楼梯结构内力必须大于外力,以此为前提提升其整体抗震性能,在发生地震时,能够保持正常形态,继而来帮助更多人安全逃离。
根据楼梯的构成是由梁与柱构成的,主要的使用材料是钢筋混凝土。
楼梯内力结构建造质量的成功与否,主要是看其抗压能力,因此在设计之初,就应该对其进行一定程度的测试。
地震中,为何在很多主体结构无严重破坏的情况下,楼梯结构却遭到了严重的破坏,丧失了其在自然灾害面前所应该发挥的功能。
一、楼梯抗震设计概述建筑物中,楼梯是地震逃跑的重要生命通道,有着举重若轻的作用。
但是自从2008年5月12日汶川大地震后凸显出很多的房屋楼梯遭到了严重的震后破坏,失去了其楼梯本身应该具有的功能。
所以,其设计抗震楼梯的原理首先在于是对于材料的选择与以往楼梯材料的不同,考虑如果能够将楼梯的框架与其房屋本身相互独立起来的话,是否会有所作用。
二、楼梯抗震设计基本要求首先,对于其楼梯模型的设计建造,应该有其必要的数据计算与统计。
并且符合房屋最基本的实际生活应用,需要考虑其楼梯构件对整体房屋的影响。
其次,对于其框架结构的构成,楼梯中的整体布局不应该导致整个结构的平行面的不规则与不规整。
还有对于楼梯构件的地震抗震承受力的计算,同时减少楼梯的构件对于整体结构刚度的影响。
楼梯的布置应该避免其不规则,应该将楼梯加入整体抗震的计算中来。
最后,材料的选择问题应该重视,比如选择LVL新型的材料,这种材料与之传统情况下的水泥、钢筋包括木质的材质相比,主要的优点就是其强度高、密度小等,最关键的是其承载力大。
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。
汶川地震中框架结构震害情况调查及分析耿栋合肥工业大学土木与水利工程学院,研2012级15班,2012110857摘要:本文结合5.12汶川大地震,介绍了钢筋混凝土框架结构在地震中的震害情况,从房屋整体垮塌、房屋整体严重歪斜、房屋部分楼层垮塌、房屋部分集中垮塌四个方面介绍了框架结构整体震害现象, 从框架柱、梁、填充墙等破坏介绍了框架结构构件震害现象。
并从结构平立面布置、结构体系和结构构件等方面初步分析了钢筋混土框架结构破坏的主要原因。
最后对如何加强框架结构的抗震构造措施提出了建议。
关键词:汶川地震;钢筋混凝土框架结构;震害情况;震害分析;抗震措施1.框架结构震害情况调查四川地震区中的多层和高层房屋建筑大多数采用钢筋混凝土结构,框架结构应用居多。
震害表明,多层和高层钢筋混凝土房屋具有足够的强度,良好的延性和较强的整体性,经过合理的抗震设计,采用此类结构是可以保证安全的。
此次调查的德阳、绵竹、什邡、都江堰等重灾区的框架结构和框架-剪力墙结构的主体结构震害较轻,未见主体结构整体坍塌。
但填充墙体和围护结构的震害比较严重。
特别是框架结构,填充墙体开裂严重。
通过增设构造梁、柱,加强维护墙体与主体结构的连接,可以有效减轻非结构构件的震害。
钢筋混凝土框架结构具有较好的抗震性能,在地震时遭受到的破坏比砌体结构的震害轻得多。
但如果设计不当、缺乏合理有效的抗震措施或施工质量不良,多层和高层钢筋混凝土框架结构建筑也会产生一定程度的震害,部分结构构件会发生严重的破坏。
其主要表现在以下几个方面。
1.1框架结构整体破坏1.1.1 房屋整体垮塌型填充墙普遍倒塌,房屋的柱子几乎全部折断或压断,因柱子破坏导致房屋整体倾倒,楼屋盖叠落在一起,房屋全都一塌到底,整栋房屋彻底倒塌。
下图所示为位于断层附近的北川县城曲山镇某钢筋混凝土框架结构的破坏形态就属于这种类型。
框架结构的柱子几乎全部折断,房屋整体失稳,几乎完全倒平。
1.1.2 房屋整体严重歪斜型填充墙普遍损毁,房屋部分底层或下层数层失稳倒塌,柱子毁坏,而顶层或上层严重破坏,顶层或上部楼层框架落下并有局部倒塌,呈整体倾斜状态。
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。
梯子滑倒事故分析报告引言梯子滑倒事故是一种常见的工作场所安全问题。
梯子经常被用于在高处进行工作,如装饰、维修、清洁等活动。
然而,由于不正确的使用或不当的维护,梯子滑倒事故可能发生并造成严重的伤害甚至死亡。
本报告将分析梯子滑倒事故的原因和预防方法。
事故背景事故描述事故发生在一个建筑工地上。
工人A在梯子上进行高处作业时,梯子突然滑倒,导致他从高处摔落。
事故发生后,工人A遭受严重的脊椎损伤,需接受长期康复治疗。
事故原因需要更进一步的分析和研究。
梯子使用情况分析梯子的使用情况对于确定事故原因非常重要。
经过调查发现,该建筑工地使用的是一架铝合金梯子,高度为5米,额定工作负荷为150公斤。
梯子在事故发生前并未显示出明显的问题,也未进行定期检查和维护。
分析结果经过对梯子滑倒事故的分析,我们得出以下结论:1. 不正确的梯子使用方法工人A在事故发生时立在梯子的顶部平台上进行高处作业,这是一种严重不正确的使用方法。
梯子的顶部平台并不是为站立而设计的,只能用于放置工具和材料。
工人应该站在梯子的横梁上,并保持身体平衡,同时使用合适的安全带来确保自身安全。
2. 梯子基座不稳固事故发生时,梯子的基座并没有得到适当的支撑,导致梯子滑倒。
梯子在使用之前应该进行正确的安装和固定。
基座必须放置在平坦且坚固的地面上,以确保梯子的稳定性。
3. 未进行定期检查和维护调查发现,该梯子没有进行定期的检查和维护。
梯子的运行状态应该被监控和记录,定期进行检查和维护,以确保其安全使用。
可能的检查和维护内容包括检查梯子的结构完整性、螺栓的紧固情况、脚底的磨损程度等。
预防措施为了避免类似的梯子滑倒事故再次发生,以下是一些预防措施的建议:1.提供适当的培训和教育:雇主应该为员工提供有关梯子使用和安全的培训和教育。
员工应该了解正确使用梯子的方法,以及使用安全带等个人防护装备的重要性。
2.定期检查和维护:梯子应该进行定期的检查和维护,以确保其结构的完整性和稳定性。
楼梯对框架结构抗震影响分析摘要:目前,我国工程界通常采用中国建筑科学研究院编制的PKPM软件进行建模分析,所以工程界普遍做法是只考虑楼梯荷载的传导,不考虑楼梯刚度对结构的影响,只对与楼梯平台相连的框架柱按照短柱进行构造加强处理,出现计算与实际受力间的不符。
同时,《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)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”。
因此,对地震作用下楼梯的受力问题有必要进行深入研究。
本文通过etabs有限元软件分析了楼梯对整体结构在自振周期、多遇地震及罕遇地震下结构的地震响应和受力性能影响。
1 分析模型简介本文以某5层框架结构为例,结构平面图见图1所示。
柱截面尺寸为600*600mm,梁截面尺寸为250*600mm,梯梁截面尺寸为250*400mm,梯柱尺寸为400*400mm,结构层高均为3m,梁、板、柱混凝土均为C30。
结构楼面恒荷载为2.0kN/m2,屋面恒荷载为2.5 kN/m2,楼面活荷载走廊为2.5 kN/m2,其余位置为2.0 kN/m2,屋面活荷载为0.5 kN/m2,基本风压为0.65 kN/m2。
抗震设防烈度为8度(0.20g),设计地震分组为第一组,场地类别п类,阻尼比取0.05.分析中梁柱采用梁单元模拟,楼板及楼梯板采用薄壳单元模拟,etabs分析模型如图2 所示。
图1 结构平面图图2 etabs分析模型(有楼梯)2 模态分析通过对有楼梯和无楼梯模型进行计算分析,可以得出模态结构(比较前6阶振型)。
如表1 所示:表1由表1可以看出,楼梯的存在改变了结构振型出现的次序;增加楼梯后,结构的第一振型周期减小了13.94%,第二振型周期减小了12.18%,第三振型周期减小了9.45%。
出现这种情况,与楼梯的斜撑效应有关,由于楼梯的斜撑效应增大了楼梯间局部的抗侧移刚度,并使得结构的抗侧刚度增大,从而导致结构的自振周期减小。
第42卷第9期2012年9月建筑结构Building Structure Vol.42No.9Sep.2012考虑楼梯的框架结构连续倒塌分析王赞,刘国友,王寒冰,韦振飞,白梅(中国建筑标准设计研究院,北京100048)[摘要]利用有限元软件SAP2000的动力非线性计算方法对考虑楼梯与不考虑楼梯两种情况下的框架进行连续倒塌计算,对比分析了楼梯位置处两处框架柱失效时框架的抗连续倒塌能力。
分析结果表明:当楼梯部位的柱失效时,考虑楼梯与不考虑楼梯对框架的连续倒塌计算影响很大。
考虑楼梯后,模型失效点处的位移和框架梁的内力减小,部分柱内力增大;楼梯构件受力改变,可能会因此失效,但有利于实现荷载的多路径传递,从而对框架的抗连续倒塌有利。
[关键词]连续倒塌;框架;楼梯;动力非线性分析中图分类号:TU312文献标识码:A文章编号:1002-848X (2012)09-0090-04Progressive collapse analysis of frame structure with stairs Wang Zan ,Liu Guoyou ,Wang Hanbing ,Wei Zhenfei ,Bai Mei(China Institute of Building Standard Design and Research ,Beijing 100048,China )Abstract :Using nonlinear dynamic method of finite element software SAP2000,the progressive collapse analysis was taken on frame in which the stairs were not considered (frame 1)and on frame in which the stairs were considered (frame 2).The resistance to progressive collapse of the frame was analyzed while two frame columns at the location of the stairs separately failed suddenly.It is shown that the results of progressive collapse analysis are significantly different between the frame 1and the frame 2.Compared with the result of the frame 1,the displacement of the failure point and the internal force of the beam of the frame 2decrease ,however ,internal force of some columns increase.Internal force of the stair components changes and the stair components may fail for this reason.At the same time ,a new vertical load path is created due to the stairs ,which is advantageous for the resistance to progressive collapse of the frame.Keywords :progressive collapse ;frame ;stair ;nonlinear dynamic analysis作者简介:王赞,工程师,Email :wangz174255@126.com 。
0引言目前的框架连续倒塌分析方法已经较为成熟,国外已有许多成熟的设计规程,如英国标准(BritishStandard )、美国GSA [1]和DOD [2]规程等,日本也编制了相关设计规程;国内新版《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)中对连续倒塌也做了相应要求。
一般框架连续倒塌分析中都不考虑楼梯的作用,然而楼梯是整体结构的一部分,必然会对结构的整体性能产生影响。
“5.12”汶川大地震中,楼梯破坏多有发生,有的甚至断裂,直接影响了人们的安全疏散,给社会造成了重大损失。
在这种情况下,分析楼梯与框架其他部分在连续倒塌中的相互影响就显得极有意义。
以一幢4层钢框架结构为原型,利用有限元软件SAP2000[3]建立了考虑楼梯作用(包括梯梁与柱为铰接和刚接的楼梯)的三维有限元模型;利用改变路径法(Alternate Path Method ,简称AP 法)对楼梯位置处的两根框架柱突然丧失承载力后的结构进行了动力非线性计算,对比了不考虑楼梯作用的框架以及考虑楼梯作用的框架在梯梁与柱为铰接和刚图1模型1接时抗连续倒塌性能的异同,探讨了楼梯对框架抗连续倒塌性能的影响。
1分析模型与分析方法分析原型为一幢4层钢框架结构(模型1,见图1),在模型1的基础上考虑梯梁与梯柱惯性主轴为铰接的楼梯建立模型2,在模型1的基础上考虑梯梁与梯柱惯性主轴为刚接的楼梯建立模型3(图2)。
三个模型中结构平面尺寸为30m ˑ24m ,基本柱距为6m ,柱高h 为3.3m 。
梁均为焊接H 型截面,柱均采用箱形截面,构件截面尺寸:框架梁:H400ˑ250ˑ8ˑ12;主梯梁:H250ˑ175ˑ7ˑ11;次梯梁:H200ˑ150ˑ6ˑ9;框架柱:口400ˑ400ˑ10ˑ10;梯柱:口300ˑ300ˑ10ˑ10。
钢材采用双线性σ-ε关系,屈服强度为235MPa ,弹性模量为2.06ˑ105MPa ,密度为7.85ˑ103kg /m 3。
第42卷第9期王赞,等.考虑楼梯的框架结构连续倒塌分析图2模型2和模型3采用瞬时加载法对结构进行连续倒塌动力反应分析,共分三步实施:1)建立整体有限元模型并进行静力计算,提取欲移除的承重柱的内力;2)移除承重柱,而后将该承重柱的内力反向作用于剩余结构上,此时再次进行静力计算,使当前模型具有与原图3荷载-时间曲线结构完整时等效的初始变形;3)在第2步模型的基础上,快速取消内力,即在Δt 时间内将构件内力减小至零,以模拟该承重柱的破坏失效,如图3所示。
图中t f 表示构件失效时间。
瞬时加载法对构件失效时间和阻尼比较为敏感,一般取构件失效时间不大于剩余结构基本周期的0.1倍[1,4,5],文中均采用t f =0.06s ;阻尼则采用瑞雷阻尼。
因为底层柱受力最大,破坏时造成的危害最大,所以文中失效柱的位置取楼梯位置处的2根底层框架柱,见图1和图2中的柱一、柱二。
瞬时加载法易于在现有的通用有限元分析软件上实施。
采用SAP2000作为分析平台,考虑到楼梯板与楼梯梁的拉结效应类似,忽略楼梯板的拉结效应。
框架梁柱均采用Frame 框架单元模拟,在梁的两端及中部赋以M 3弯矩铰,柱的两端赋以PMM 耦合铰,铰的弹塑性参数根据FEMA356确定[6],对框架结构进行弹塑性动力分析。
对柱失效后剩余结构进行模态分析,得到结构基本周期T 和前2阶频率ω1,ω2,前者用来确定构件失效时间t f ,后者用来确定瑞雷阻尼的比例系数。
振型阻尼比取为0.02;步长Δt 由试算确定为0.03s 。
分析参数如表1所示。
利用AP 法进行结构的动力非线性分析,所有梁上均作用大小相同的竖向分布荷载,分别考虑柱一和柱二失效两种情况进行分析。
参考GSA [1]和DOD[2],动力分析时荷载组合采用S =1.2S G +0.5S Q ,其中,S G 为楼面恒荷载标准值,除结构自重由分析软件自动计算外,还应包括面层、吊顶、设备以及轻质隔墙等自重;S Q 为楼面活荷载标准值。
分析参数表1分析对象分析参数T /s t /s ω1/rad /s ω2/rad /s αβ模型1柱一0.721 3.6 1.387 1.3890.01440.0278柱二0.721 3.6 1.387 1.3930.01440.0278模型2柱一0.715 3.6 1.400 1.5080.01380.0290柱二0.716 3.6 1.399 1.5270.01370.0292模型3柱一0.710 3.6 1.408 1.5220.01370.0293柱二0.7113.61.4061.5410.01360.0294注:t 为时程分析时间;α,β分别为质量阻尼系数和刚度阻尼系数。
2动力非线性计算结果2.1柱一失效时模型1中柱一瞬时失效后,在0.12s 时框架梁端出现塑性铰,此后塑性铰迅速发展,到0.21s 时塑性铰发展基本达到稳定(图4(a ),图中数字表示失效先后,余同)。
模型2中柱一瞬时失效后,在0.09s 时框架梁端出现塑性铰,在0.12s 时斜梯梁出现塑性铰,塑性铰迅速发展,到0.21s 时塑性铰发展基本达到稳定(图4(b ))。
模型3中柱一瞬时失效后,在0.06s 时底层梯梁即出现塑性铰,这是由于底层梯梁直接承受了底层柱失效后的荷载;在0.12s 时框架梁端出现塑性铰,此后两处塑性铰缓慢发展,在1.26s 时底层多处出现塑性铰,个别塑性铰达到极限变形,梯梁大面积破坏。
此后内力重分布,在2.25s 时梯柱出现塑性铰,在2.4s 时框架塑性铰发展基本达到稳定,但梯梁塑性铰一直缓慢发展,到3.6s 时仍未完全发展完毕,考虑到此时底层楼梯部分已经基本完全破坏,继续计算楼梯部分将主要发生刚体位移,所以结束了分析(图4(c ))。
图4柱一失效后局部变形图2.2柱二失效时模型1中柱二瞬时失效后,在0.12s 时框架梁端出现塑性铰,此后塑性铰迅速发展,到0.21s 时塑性铰发展基本达到稳定(图5(a ))。
模型2中柱二瞬时失效后,在0.09s 时框架梁端出现塑性铰,在0.12s 时斜梯梁出现塑性铰,塑性铰迅速发展,到0.21s 时塑性铰发展基本达到稳定(图5(b ))。
模19建筑结构2012年型3中柱二瞬时失效后,在0.12s 时框架梁端与和框架梁相连的梯梁梁端出现塑性铰,在0.15s 时梯柱柱底出现塑性铰,在0.21s 时塑性铰发展基本达到稳定(图5(c ))。
图5柱二失效后局部变形图3结果分析3.1位移结果分析柱一和柱二失效后失效柱顶点(以下简称失效点)的竖向位移时程曲线如图6所示;柱失效后失效点的最大位移如表2所示。
其中模型3柱一失效后失效点的位移在0.18s 时达到32.3mm ,然后由于底层梯梁的缓慢破坏最终达到39.7mm 。