楼梯的结构设计与分析

精品文档 1

9 .1 楼梯

楼梯是房屋的竖向通道，是房屋的重要组成部分。钢筋混凝土楼梯具有坚固、耐久、耐火等优点。因而在多、高层房屋中广泛应用。常用的现浇钢混凝土楼梯按其受力特点可分为板式楼梯和梁式楼梯。

9.1.1 板式楼梯的计算与构造

板式楼梯由梯段板、平台板和平台梁组成。见图9-1。梯段是斜放带踏步的齿形板，支承于平台梁和楼层梁上，底层下端支承在地梁或地垄墙上。

图9－1 板式楼梯

板式楼梯的优点是：斜梯段下表面平整，施工支模较方便，外形轻巧美观。缺点是斜板较厚，一般适用于梯段板水平跨度不超过3m的民用建筑楼梯。梯段板的厚度为梯段板板底的法向最小厚度作为板的计算厚度h，一般取0h=(1/30~1/50)l，常用厚度为100～120mm。

1、现浇板式楼梯的传力途径与内力计算

（1）传力途径 梯段板为沿梯跑方向的受弯物件，梯段板支承在上下平台梁上。荷载通过以下途径传递：

梯段板、平台板荷载 → 平台梁 → 墙或柱 → 基础或地基（梁）

（2）梯段板内计算 计算梯段板时，沿梯段宽度取1m单宽或整个梯段作为计算单元。弯矩近似按下计算：

2max0()10gqMl （9－1）

式中 maxM—— 梯段板跨中最大弯矩；

g、q—— 作用于梯段板上沿水平投影方向的恒荷载、活荷载的设计值；

0l—— 梯段板的水平计算跨度。0nllb，nl为梯段板水平投影净跨；

b —— 平台梁宽度。

（3）平台板内力计算 平台板一般属单向板，计算时取1.0m单宽计算。若板的两边与梁整体连接时，按式（9-1）计算板跨中弯矩；反之，则按下式计算跨中弯矩。

2max0()8gqMl (9－2) 精品文档 2 式中 0l——平台板计算跨度。

鹦鹉螺钢结构楼梯设计及舒适度分析

摘要：针对实际工程中的鹦鹉螺钢结构楼梯的设计，介绍了结构布置、楼梯上端支座与混凝土结构的连接形式对楼梯内力和位移的影响，采用Midas进行了简化整体建模分析。本文采用Midas软件中自带的三种步行荷载时程函数人行激励荷载分别加载到本工程的钢结构楼梯，来验算鹦鹉螺钢结构楼梯的舒适度。表明鹦鹉螺钢结构楼梯截面当满足舒适度要求时，相对应的应力比和位移都不大，即由舒适度控制鹦鹉螺钢结构的截面。

关键词：鹦鹉螺钢梯；结构设计；Midas；人行激励荷载；舒适度

1、鹦鹉螺钢结构楼梯设计

1.1工程概况

本鹦鹉螺钢楼梯为某环球中心办公楼首层大堂通往二层的门户楼梯，首层相对标高为±0.000，二层相对标高为6.100，办公楼主体为混凝土框架结构。本鹦鹉螺按照圆半径情况分为三段，r1（内环半径），r2（外环半径）如下：0°~90°：

r1=1.55m，r2=3.35m，梯宽1.80m； 90°~270°：r1=0.8m，r2=2.6m，梯宽1.80m；270°~450°：r1=1.55m，r2=3.35m，梯宽1.75m。楼梯踏步高度为149mm，总共41级踏步，中间有三个休息平台。外环钢梁在中部设置，挑出部分为0.74m。楼梯的平面布置详（图1、图2），横断面如图3。由于建筑使用功能和美观的要求，箱型梁截面限值较严，楼梯主要构件截面如表1。

图1 楼梯首层平面图

图2 楼梯二层平面图

图3 楼梯横断面图

表1 构件截面与钢号

1.2 结构设计与技术难点

作为空间结构，螺旋楼梯为弯剪扭和轴力共同作用的空间受力体系[1-2]。处于复杂的受力状态，而工程中常用的工字梁受弯扭能力较弱，故将鹦鹉螺的主梁采用箱型截面梁。设计中钢结构自重由程序自动计算。踏步面层为4cm厚花岗岩，将踏步板和加劲肋的恒载按照0.5KN/m2考虑，恒载取值为1.62KN/m2。楼梯活荷载按疏散楼梯考虑为3.5KN/m2。扶手荷载按照1KN/m的水平活荷载和竖向活荷载分别考虑。

第３８卷第９期　・５０・　２　０　１　２年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖ０１．３８　Ｎｏ．９　Ｍａｒ．　２０１２　文章编号：１００９－６８２５（２０１２）０９—００５０—０２　框架结构中楼梯的抗震设计分析　王大斌　张莉　（１．太原理工大学力学学院，山话太原０３００２４；２．恒大地产集团太原有限公司，山西太原０３００２４）　摘要：对某框架结构的四种不同楼梯形式进行了抗震分析，探讨了其在小震、中震及大震作用下楼梯及结构的周期、位移、受力　等变化情况，为框架结构的楼梯设计提供了有益的参考。　关键词：框架结构，楼梯，ＰＫＰＭ，抗震设计　中图分类号：ＴＵ３７５．４　文献标识码：Ａ　０　引言　在汶川大地震中，许多建筑的楼梯未能发挥其作为灾难中逃　生通道的重要作用。在地震中首先发生扭转、剪拉等破坏。特别　是框架结构的楼梯在地震中损毁严重，造成重大的人员伤亡和财　产损失　。　我国新修订的ＧＢ　５００１１－２０１０建筑抗震设计规范　中，第　３．６．６的１条规定：计算模型的建立，必要的简化计算与处理，应　复核结构的实际工作情况，计算中应考虑楼梯构件的影响。在　《条文说明》中提出：地震中楼梯的楼板具有斜撑的受力状态。　框架结构属于柔性结构，地震中变形较大。楼梯构件作为Ｋ　形斜撑　，提高了框架结构的整体刚度。同时，由于楼梯间的局　部刚度较大，使结构吸收了过多的地震能，容易首先发生破坏。　且在考虑楼梯的抗震设计中，由于其刚度较大，梯板配筋及截面　尺寸也相应增大，从而造成楼梯间的局部刚度继续增大　。主要　原因是因为楼梯板与平台梁及平台板的刚接，使得水平地震作用　下产生较大轴力；同时作为斜撑的楼板使得连接处的平台梁产生　弯、剪、扭的复杂受力状态。如果消除楼梯板的斜撑作用，使其成　为单纯的受弯构件，则可降低楼梯间局部刚度，使楼梯构件在地　震中不会过早的破坏。　１　结构模型的建立　本工程采用五层框架模型，抗震设防烈度为７度第一组，设　计基本地震加速度为０．１０ｇ，场地类别为Ⅱ类，框架抗震等级为二　级，计算振型个数为１５，地震影响系数最大值为０．１２。首层层高　４．５　ｍ，其他层层高为３．３　ｍ。柱子截面为０．５　ｍ×０．５　ｍ，梁截面　方向为０．５　ｍ×０．７　ｍ，Ｙ方向为０．４　ｍ　ｘ０．５　ｍ。框架结构平面　图见图１。为了方便对比，采用ＰＫＰＭ程序分别建立不考虑楼梯　建模以及楼梯滑动连接、铰接和刚接的四种计算模型，楼梯构造　如图２所示　。　善　苫＇　、１　量　７　２０ｏ　３　６（　０ｘ２　７　２００　７　２００　３　６（　０ｘ２　７　２００　４３　２００　图１框架标准层结构平面图（单位－＇ｌｌｌｎ１）　２小震下结构模型的反应谱分析　对不考虑楼梯建模以及楼梯滑动连接、铰接和刚接四种模型　分别进行小震下的结构地震反应谱分析，对结构前三阶自振周期　收稿日期：２０１２—０１－０２　作者简介：王大斌（１９８５一），男，助理工程师　以及最大水平位移、层间位移角等进行对比分析，分析结果见表１。　

室外疏散楼梯的安全疏散及防火构造要求

为了确保建筑内人员在发生火灾等紧急情况时能够迅速安全地撤离，室外疏散楼梯作为建筑物的重要组成部分，必须符合严格的安全疏散及防火构造要求。本文将就此主题进行详细分析和探讨。

一、室外疏散楼梯的主要安全疏散要求

1. 提高人员疏散效率

为了提高室外疏散楼梯的疏散效率，需要确保楼梯的通畅性。楼梯设计应符合人员密度的需要，确保在疏散的紧急情况下，人员能够快速、安全地撤离。楼梯的坡度、台阶高度和宽度也需要符合相关标准，以保障人员在疏散过程中的安全。

2. 提高楼梯的可达性和可视性

室外疏散楼梯的位置应合理设计，使其能够方便地被建筑内的人员找到。在楼梯的位置设置标识，以提高楼梯的可见性和可识别性。室外疏散楼梯还应该与主楼梯和紧急出口相配合，确保在火灾等紧急情况下，人员能够快速找到并且安全地使用室外疏散楼梯进行疏散。

3. 提高楼梯的逃生能力

室外疏散楼梯的设计应考虑到人员在逃生过程中的各种情况，确保楼梯能够满足各种人员的逃生需求。逃生楼梯不仅要求能够承受足够大的负荷，还需要确保不易滑倒和跌倒，并且要考虑到老人、残疾人等特殊裙体的逃生需求。

二、室外疏散楼梯的主要防火构造要求

1. 材料的防火性能

室外疏散楼梯的建筑材料需要具有较好的防火性能，以确保在火灾发生时能够保持结构的稳固。防火材料应当满足建筑材料的相关国家标准，并且应该经过相应的检测和认证。

2. 密封性和防烟性能

室外疏散楼梯在设计时应当考虑到其密封性和防烟性能。确保在火灾发生时，烟气不易侵入楼梯内部，从而阻碍人员的疏散。

3. 结构的耐火性能

室外疏散楼梯的结构应当具有良好的耐火性能，能够在一定时间内保持其结构的完整性。这样才能确保人员在火灾发生时，能够安全地利用楼梯进行疏散。

总结：

通过本文对室外疏散楼梯的安全疏散及防火构造要求进行分析和探讨，可以看出，室外疏散楼梯具有非常严格的要求和标准。建筑设计者和施工方在设计和建造室外疏散楼梯时，需要充分考虑安全疏散和防火构造的要求，确保楼梯在紧急情况下能够发挥其应有的疏散功能，为人员的生命安全提供可靠的保障。在实际的建筑设计和施工过程中，要确保室外疏散楼梯符合相应的国家标准，如《建筑设计防火规范》、《建筑设计规范》等，以保证建筑安全、人员疏散畅通，最大限度地减少火灾造成的人员伤亡和财产损失。