谈楼梯对结构设计的影响

论楼梯作为斜撑构件在高层结构设计中的影响摘要：随着我国房地产行业的兴盛，以及人们更高的生活质量追求，于是对住房也有了更严格的要求。

人口向城市迁移给城市有限的土地带来较大的住房压力，在政府的引导下，高层结构住房已成为一种必然。

而在高层结构设计中，不管是抗震作用还是安全通道设置，楼梯作为斜撑构件不可缺少。

而且在高层结构调设计的时候，设计人员一般是分别完成楼梯的设计和框架的设计。

然而事实上，一旦发生地震或者其他，楼梯构件最先遭到破坏，进而破坏框架结构的预期效果。

所以，在此事实基础上，本文分析不同的高层结构设计中楼梯的影响，主要研究楼梯斜撑的作用对高层结构影响，为设计和建筑施工提供便利。

关键词：楼梯斜撑；高层结构设计；斜撑构件；影响分析1、楼梯对不同的高层结构影响按照不同的标准，高层建筑也可分为不同的结构设计。

通常我们按照承重体系和材料分为两类：承重体系分类分为我们熟悉的框架结构，剪力墙结构，还有框架-剪力墙结构，以及砌体结构；材料分为钢结构和钢筋混凝土结构，还有其混合结构。

而在这所有高层结构建筑中，相邻楼层之间都有上下沟通的通道，比较常见的有楼梯、电梯扶梯和坡道等。

尽管目前来说，大部分的高层建筑都会选择电梯作为主要的上下方式，但楼梯仍然会保留。

因为楼梯除了上下通行方便外，还给楼房的主体分担承重。

设计楼梯时候，需考虑坚固耐用，通风，防火等安全要素。

1.1单框架结构框架结构建筑里，框架柱是主要的抗侧构件，因而可以提供较好的延展性能和抗震效果。

次级的抗侧构件包含楼梯及填充墙等支撑构件，软件计算时，通常采用刚度折减的手段考虑不同的构件所提供的刚度支撑。

这些抗侧构件增强了框架结构的刚度，缩小了框架结构水平方向上位移，提高了结构的安全保障系数，但是仍然容易受到破坏。

在调查和分析大量的震害资料后，人们相信楼梯在框架结构里可以抵抗地震的水平作用力，支撑楼层之间抗侧移，所以在分析框架结构时候，不能忽视楼梯的刚度作用。

在抵抗水平震力时候，楼梯承担部分水平剪力，如果单纯依靠构造设计出的构件，是不能达到真实的承载负荷。

谈楼梯对结构设计的影响摘要：在建筑物当中，楼梯是竖向联系的主要通道，是建筑整体结构的重要组成部分。

文章为了更好的研究楼梯对结构设计的影响，结合了工程实际情况，对带楼梯和不带楼梯的结构方案进行对比分析。

关键词：楼梯；结构设计；动力特性在所有的多层建筑物当中，各楼层之间都会设置上下联系的通道，就目前来说，使用较为普遍的有楼梯、台阶、自动扶梯、坡道、电梯等。

大多数的高层建筑当中虽说电梯是主要的垂直交通工具，但是仍然会保留楼梯的存在，楼梯建筑物当中必不可少的建筑构件，主要用于建筑物的垂直交通和紧急疏散人员的解决方式，使用最为广泛。

楼梯在建筑物当中不仅仅具有保持上下交通通行顺畅的作用，还为建筑的主体结构起承重作用，在对楼梯进行设计的时候应该要坚固、耐久、安全、防火。

本文研究的内容主要通过对不同结构建筑物进行对比分析，综合讨论出楼梯对结构设计的影响。

1. 工程概况某拟建工程共10层，设计层高为3.6m，柱的尺寸为400 mm×600 mm，梁的尺寸为250mm×500mm。

建筑内楼梯设置位于端部，恒载为5 kn/m2，活载为2kn/m2。

2. 楼梯对整体结构的影响分析2.1 楼梯对结构整体动力特性的影响为了得出楼梯对整体结构动力特性的影响，笔者建立了两个模型，主要的区别为带楼梯与不带楼梯，并通过对6阶模态进行对比分析，得出了整体模型的周期情况。

表1 不同模型之间动力特性对比分析动力特性x向第一周期归一化y向第一周期归一化x向第二周期归一化y向第二周期归一化不带有楼梯 1.6155 1 1.7576 1 0.5327 1 0.5333 1带有楼梯 1.5245 0.944 1.3726 0.781 0.4900 0.9190 .4244 0.767周期相对该变量- 5.6% - 21.9% - 8.1% - 23.3%2.2 楼梯对结构整体位移的影响在表2中，可以明确的看出楼梯对于建筑物结构整体信息的影响，建筑模型的y向地震工况为7度，其加速度为0.1g。

减少楼梯构件对主体结构刚度影响的构造措施说起楼梯，大家都不陌生吧？从小到大，不知道爬了多少次，去楼上去楼下，倒也没觉得它有多么特别，最多就是个走路的地方。

但你知道吗，这个看似普通的“上下通道”，其实在建筑结构里有着不小的“重量”呢！如果不注意设计，楼梯的构件可能会对整个建筑的刚度产生影响，造成不小的麻烦。

你以为楼梯只是为了让人走得方便，实际上，它还在默默地与大楼的“骨架”斗智斗勇。

今天我们就来聊聊，如何通过一些巧妙的构造措施，减少楼梯对主体结构刚度的影响，保证建筑既稳固又安全。

要明白楼梯不仅仅是“楼上楼下”这么简单，它的存在对于建筑整体的稳定性有着微妙的影响。

大家可以想象一下，如果楼梯设计不合理，它就像一个“外来的劲敌”，试图在建筑的结构中占据一席之地。

尤其是那些不太注意结构刚度的小楼梯，往往在垂直方向上的负担较重。

换句话说，楼梯就像是一个重力的“吸铁石”，它会对建筑产生不小的拉扯，影响整栋大楼的稳定性。

怎么避免这种情况？减少楼梯对主结构的影响就成了关键所在。

这就得从设计上着手了。

首先要做到的，就是在楼梯设计时，选材要讲究，材料的刚度必须与建筑主体协调。

比如，在选择楼梯的支撑梁时，使用更轻便但同样结实的材质，不仅能减少负担，还能保证楼梯的稳固性。

说到这里，可能有人会问了，怎么才能做到不影响整体刚度呢？最简单的办法就是通过“减重”来解决。

没错，减轻楼梯本身的重量，减少对主体结构的压力。

常见的做法就是使用预应力钢筋混凝土或者高强度轻质材料，这些材料看起来轻巧，但其实强度高得出奇，既能保证楼梯的使用安全，又不会让楼梯成了大楼的“累赘”。

我们还可以通过合理的布置来巧妙解决楼梯对结构刚度的影响。

比如，不是所有楼梯都得铺满整层的空间，有时我们可以将楼梯设置成“悬挑”的形式，简单来说，就是让楼梯在部分区域“悬空”。

这样做的好处就是，减少楼梯对楼板的支撑点，从而减轻楼梯对整体刚度的冲击。

很多建筑设计师都采用这种方式，通过巧妙的设计，让楼梯与楼板之间的联系减少，既达到了功能要求，又不至于让楼梯成为结构的“累赘”。

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。

建筑中采用双层剪刀楼梯时对结构设计的影响及设计建议摘要：本文以某商业建筑布置双层剪刀楼梯为例，对不同荷载输入方式下两个模型的计算结果进行对比、分析后，提出相应的设计建议。

关键词：建筑；双层剪刀楼梯；荷载输入方式；结构设计；设计建议作为楼层间垂直交通用的构件，楼梯在多层无电梯建筑中是重要的垂直交通通道使用，在各种建筑中更是应急情况（如火灾、地震等）下的重要逃生通道。

2008年5月12日汶川大地震诸多因楼梯破坏或楼梯引起的主体结构构件破坏导致的逃生通道中断震害，充分表明了楼梯及与之相连的主体结构构件设计的重要性，现行《建筑抗震设计规范》，对楼梯及带有楼梯的结构设计提出了具体要求。

笔者结合在工作中发现的双层剪刀楼梯荷载输入方式与实际受力情况不同，进而补充按实际传力路径进行建模、计算，通过两种荷载输入方式的计算结果对比、分析，从而提出不同荷载输入方式对结构设计的影响并给出设计建议。

一、问题的提出剪刀楼梯是楼梯的常见形式之一，指在同一楼梯间设置一对相互重叠（交叉），又互不相通的两个楼梯（中间用防火墙隔开），梯段一般为单跑直梯段，其剖面似剪刀形，故而得名。

剪刀楼梯最重要的特点就是，在同一楼梯间里设置了两个相互独立的楼梯，具有两条垂直方向疏散通道的功能，因而能实现平面设计中占用较小空间，提高疏散效率，从而节约建筑面积的效果。

剪刀楼梯的特点（或者优势）造就了其在公共建筑、高层居住建筑中具有较高的使用率。

图一楼梯二层平面图图二楼梯剖面图（二层）笔者工作中遇到的某商业建筑项目，基本信息为：设计使用年限为50年，建筑结构安全等级按一级，抗震设防类别为重点设防类，抗震设防烈度为7度（0.10g），设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，则场地特征周期为0.35g，钢筋混凝土框架结构，地下1层，地上3层，该项目采用了双层剪刀楼梯，如图一、图二所示。

在查看计算书、模型的过程中发现，设计人员仍采用面荷载输入方法（简称“方法一”，以下同）考虑楼梯荷载，且梯板区格内未指定单向导荷方式，见图三、图四所示（篇幅所限，仅以二层为例）。

建筑结构设计建模中考虑楼梯的一些观点（整理自网上）用一个三层框架结构教学楼的midas模型，分析了建立楼梯构件(楼梯板、楼梯柱、休息平台板等)的结构和不建楼梯构件的结构，用反应谱法计算了两者的结果。

发现其差异远远超出我原先的想象！下面是一些主要结论：1、考虑楼梯参与结构整体受力后，结构的自振周期减小，振型改变，第1阶振型转变为扭转振型，而原先不考虑楼梯时第1阶振型为平动振型。

2、由于楼梯板在水平力作用下具有“斜撑”的受力状态，在水平地震作用下，将产生较大轴向拉压力(达到200kN以上)；楼梯板由原先我们只考虑竖向力时的受弯构件，转变为“压弯、拉弯”构件，受力状态复杂化。

3、考虑楼梯间后，楼梯间处的水平抗侧刚度较大，结构整体的水平抗侧刚度分布将不均匀，主要集中在楼梯间处。

故在水平地震作用下，楼梯间的柱分配到的水平剪力较其它处明显偏大。

特别是休息平台下的楼梯梁和楼梯柱，其受力非常不利。

4、此外，从结构上说，由于楼梯间的上下楼梯板（上下直行双跑楼梯为例）沿中心线并不对称，从而造成原先对称的结构考虑了楼梯的作用后，在水平地震作用下的内力分布不对称！得到的初步结论主要是这些。

发现考虑楼梯对结构整体受力性能后，结构的自振特性、抗侧刚度分布、楼梯构件的受力状态发生惊人的变化。

汶川地震中，楼梯的震害照片似乎说明了这些问题。

我觉得造成这个问题的根本原因就是楼梯板的“斜撑”受力状态，加强了楼梯处的局部抗侧刚度，类似于在框架结构柱间打上了交叉支撑。

2008修订版《建筑抗震设计规范》，结构分析一节中3.6.6条增加了楼梯的计算要求：“计算中应考虑楼梯构件的影响”。

（注意：用“应”，而不用“宜”）条文说明中指出楼梯板构件有斜撑的受力状态，对结构的整体刚度有较明显的影响。

规范的变更，说明已经有学者注意到这个问题了。

三层框架结构教学楼，现浇楼板。

考虑楼梯和不考虑楼梯进行结构计算。

楼梯板用板单元，楼梯梁用梁单元建模考虑楼梯时的结构第1阶振型，以扭转为主。

楼梯对框架结构抗震性能影响分析摘要：本文通过具体实例，分析在纯框架结构中设置楼梯构件参与结构整体计算后，对整体结构的周期、位移、地震力产生的影响，并采取必要措施，做到简化模型更加符合实际情况，从而更好的满足使用要求。

关键词：框架结构,楼梯Abstract: This paper, through concrete examples, staircase components involved in the whole structure calculation, the overall structure of the cycle, displacement, seismic forces generated impact analysis set in a plain frame structure, and take the necessary measures, so that the simplified model is more realistic,in order to better meet the requirements.Keywords: frame structure, stairs.中图分类号：TU973+.31文献标识码：A 文章编号：长期以来，框架结构因具有建筑平面灵活，室内空间大等优点，被广泛应用于在核电厂的BOP项目设计中。

现以福清核电厂一期工程生产办公楼为例，讨论一下楼梯参与结构整体计算对整体结构抗震性能的影响。

1.工程概况及方案确定工程概况福清核电厂一期工程生产办公楼，主要功能是运行期间为电厂人员提供办公室，会议室等场所，建筑平面为半环抱型，地上部分五层，总建筑面积11872m2，檐口高度26.1m。

建筑物的设计使用年限为50年；建筑抗震设防烈度为7度（地震分组为第二组），丙类建筑，建筑安全等级为二级；结构重要性系数为1.0；场地土类别为I类；基础设计等级为丙级；根据《福清核电厂一期工程厂区BOP子项岩土工程详勘报告》，地基基础位于中风化花岗岩层。

楼梯建模对结构设计的影响分析摘要：本文首先分析了楼梯建模对不同结构的影响，然后具体研究了滑动支座和固定支座楼梯建模对结构的影响，最后阐述了对结构设计的建议。

关键词：楼梯建模；结构；影响1楼梯建模对不同结构的影响1.1纯框架结构框架体系房屋抗侧构件主要为框架柱，因此具有很好的延性，抗震性能很好。

次要抗侧构件包括填充墙和楼梯等起到支撑作用的构件，在结构软件计算中，往往采用刚度折减的方法考虑这些次要构件的刚度贡献。

这些次要抗侧构件提高了结构的整体刚度，减小结构的水平位移，对结构的安全提供了一些保障，但也容易遭受比较严重的破坏。

人们分析了大量的震害调查资料后，认为楼梯在框架结构中参与抵抗水平地震作用，起到楼层间的抗侧移支撑作用，因此在结构整体分析中应考虑楼梯的刚度贡献。

楼梯参与抵抗水平地震作用，将分配到一定的水平剪力，仅通过构造措施设计的构件往往不能满足实际的承载能力要求。

楼梯分配到多少水平剪力与主体结构的刚度有关，因此，在自身抗侧刚度较弱的框架结构中，楼梯的破坏远甚于自身刚度较大的砖混结构。

有斜撑的结构变形特征趋近于剪力墙结构，都表现为弯曲型，而框架结构的变形表现为剪切型，因此根据结构变形特征可以认为楼梯在框架体系中的作用等同于弱剪力墙。

由于剪切型结构的层间位移自上而下逐渐增加，楼梯的破坏程度与层间位移有直接关系，因此楼梯的破坏也是自上而下更加严重。

1.2框架-剪力墙前面已经提到楼梯分配的地震作用大小与主体结构本身的刚度有关，因此对于有剪力墙作为抗侧构件的结构，楼梯的作用随着剪力墙抗侧刚度的增大而减小。

1.3剪力墙结构对于剪力墙结构，当梯板支承在两片墙上时，楼梯起到联系两片剪力墙的作用，特别是短肢剪力墙结构，楼梯起到连梁的作用，这种情况下不应当忽略楼梯的作用。

1.4砌体结构砌体结构延性差，因此在地震作用下结构的变形能力不足，楼梯在这种结构中的斜撑作用不明显。

即便砌体结构本身刚度已经很大，但与楼梯有关的震害并不轻，主要表现为楼梯间墙体相比其他部位破坏更严重，甚至整个楼梯间整体倒塌，因此抗震规范对砌体结构楼梯间的构造措施有比较严格的规定，包括加强圈梁、构造柱等措施来防止楼梯间整体倒塌和增强对楼梯间墙体的约束，使楼梯间形成一个完整的结构体系并与主体结构协同工作。

建筑结构设计建模中考虑楼梯的一些观点（整理自网上）用一个三层框架结构教学楼的midas模型，分析了建立楼梯构件(楼梯板、楼梯柱、休息平台板等)的结构和不建楼梯构件的结构，用反应谱法计算了两者的结果。

发现其差异远远超出我原先的想象！下面是一些主要结论：1、考虑楼梯参与结构整体受力后，结构的自振周期减小，振型改变，第1阶振型转变为扭转振型，而原先不考虑楼梯时第1阶振型为平动振型。

2、由于楼梯板在水平力作用下具有“斜撑”的受力状态，在水平地震作用下，将产生较大轴向拉压力(达到200kN以上)；楼梯板由原先我们只考虑竖向力时的受弯构件，转变为“压弯、拉弯”构件，受力状态复杂化。

3、考虑楼梯间后，楼梯间处的水平抗侧刚度较大，结构整体的水平抗侧刚度分布将不均匀，主要集中在楼梯间处。

故在水平地震作用下，楼梯间的柱分配到的水平剪力较其它处明显偏大。

特别是休息平台下的楼梯梁和楼梯柱，其受力非常不利。

4、此外，从结构上说，由于楼梯间的上下楼梯板（上下直行双跑楼梯为例）沿中心线并不对称，从而造成原先对称的结构考虑了楼梯的作用后，在水平地震作用下的内力分布不对称！得到的初步结论主要是这些。

发现考虑楼梯对结构整体受力性能后，结构的自振特性、抗侧刚度分布、楼梯构件的受力状态发生惊人的变化。

汶川地震中，楼梯的震害照片似乎说明了这些问题。

我觉得造成这个问题的根本原因就是楼梯板的“斜撑”受力状态，加强了楼梯处的局部抗侧刚度，类似于在框架结构柱间打上了交叉支撑。

2008修订版《建筑抗震设计规范》，结构分析一节中3.6.6条增加了楼梯的计算要求：“计算中应考虑楼梯构件的影响”。

（注意：用“应”，而不用“宜”）条文说明中指出楼梯板构件有斜撑的受力状态，对结构的整体刚度有较明显的影响。

规范的变更，说明已经有学者注意到这个问题了。

三层框架结构教学楼，现浇楼板。

考虑楼梯和不考虑楼梯进行结构计算。

楼梯板用板单元，楼梯梁用梁单元建模考虑楼梯时的结构第1阶振型，以扭转为主。

收稿日期:２０２２－０７－０９ꎮ作者简介:文明(１９７２ )ꎬ男ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ研究方向为结构抗震ꎮ㊀∗通信作者:陈宝魁(１９８２ )ꎬ男ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ研究方向为结构抗震ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｂｋｃｈｅｎ＠ｎｃｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ文明ꎬ冯辉ꎬ王伟伟ꎬ等.现浇梁式楼梯支座形式对结构抗震性能的影响[Ｊ].南昌大学学报(工科版)ꎬ[Ｊ].南昌大学学报(工科版)ꎬ２０２３ꎬ４５(２):１６２－１６９.ＷＥＮＭꎬＦＥＮＧＨꎬＷＡＮＧＷＷꎬｅｔａｌ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃａｓｔ￣ｉｎ￣ｐｌａｃｅｂｅａｍｓｔａｉｒｃａｓｅｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｍｏｎｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)ꎬ２０２３ꎬ４５(２):１６２－１６９.现浇梁式楼梯支座形式对结构抗震性能的影响文明１ꎬ２ꎬ冯辉１ꎬ２ꎬ王伟伟１ꎬ２ꎬ陈宝魁１ꎬ２∗ꎬ傅华耀１ꎬ２(１.南昌大学工程建设学院ꎬ江西南昌３３００３１ꎻ２.江西省近零能耗建筑工程实验室ꎬ江西南昌３３００３１)㊀㊀摘要:现浇梁式楼梯在框架结构中普遍使用ꎬ但在结构设计中往往被忽略ꎬ仅作为竖向荷载作用于结构上ꎮ为探究梁式楼梯及其支座形式对结构抗震性能的影响ꎬ利用数值模拟技术ꎬ对无楼梯框架及带不同支座楼梯框架在地震作用下应力㊁位移㊁耗能特性以及混凝土损伤等特性进行分析ꎮ分析结果表明:地震作用下ꎬ无楼梯框架㊁固定连接框架和滑动连接框架的柱顶位移分别为１５.７０㊁４.３７㊁５.８９ｍｍꎬ表明楼梯结构的存在将增大框架结构整体刚度ꎬ改善结构应力分布ꎻ滑动支座连接与固定支座连接相比ꎬ地震作用下楼梯间结构中钢筋与混凝土的应力峰值分别减小了１５％和２２％ꎬ同时滞回环面积更大ꎬ因此滑动支座连接楼梯将更好地改善整体结构耗能及抗震性能ꎮ关键词:梁式楼梯ꎻ框架结构ꎻ数值模拟ꎻ滑动连接ꎻ抗震性能中图分类号:ＴＵ３５２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００６－０４５６(２０２３)０２－０１６２－０８Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃａｓｔ￣ｉｎ￣ｐｌａｃｅｂｅａｍｓｔａｉｒｃａｓｅｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｍｏｎｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅＷＥＮＭｉｎｇ１ꎬ２ꎬＦＥＮＧＨｕｉ１ꎬ２ꎬＷＡＮＧＷｅｉｗｅｉ１ꎬ２ꎬＣＨＥＮＢａｏｋｕｉ１ꎬ２ꎬＦＵＨｕａｙａｏ１ꎬ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｃｈａｎｇ３３００３１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＪｉａｎｇｘｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｅａｒＺｅｒｏＥｎｅｒｇｙＢｕｉｌｄｉｎｇꎬＮａｎｃｈａｎｇ３３００３１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｃａｓｔ￣ｉｎ￣ｐｌａｃｅｂｅａｍｓｔａｉｒｃａｓｅｓｗｅｒｅｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬｂｕｔｔｈｅｙｗｅｒｅｇｅｎｅｒａｌｌｙｉｇｎｏｒｅｄｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅ￣ｓｉｇｎａｎｄｗｅｒｅｏｎｌｙａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｓａｆｏｒｍｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｌｏａｄ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｂｅａｍｓｔａｉｒｃａｓｅａｎｄｉｔｓｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｍｏｎｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｍｕｌｔｉ￣ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅꎬｓｕｃｈａｓｓｔｒｅｓｓꎬｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔꎬｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍａｇｅａｎｄｏｔｈｅｒｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓ.Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｌｕｍｎｔｏｐｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｓｔａｉｒｌｅｓｓｆｒａｍｅꎬｆｉｘｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｆｒａｍｅａｎｄｓｌｉｄｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｆｒａｍｅｗａｓ１５.７０ꎬ４.３７ꎬ５.８９ｍｍｕｎｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｓｔａｉｒｃａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ.Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｉｘｅｄｓｕｐｐｏｒｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎꎬｔｈｅｓｔｒｅｓｓｐｅａｋｓｏｆｓｔｅｅｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｔｈｅｓｔａｉｒｃａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙ１５％ａｎｄ２２％ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬａｎｄｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐａｒｅａｗａｓｌａｒｇｅｒꎬｓｏｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔａｉｒｃａｓｅｓｃｏｕｌｄｂｅｔｔｅｒｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃ￣ｔｕｒａｌｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.ＫｅｙＷｏｒｄｓ:ｂｅａｍｓｔａｉｒｃａｓｅꎻｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｓｌｉｄｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎꎻｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ㊀㊀地震中楼梯间作为建筑结构主要的逃生通道ꎬ其抗震性能至关重要ꎮ然而ꎬ大量研究和震害资料表明ꎬ地震灾害发生后ꎬ建筑物内的楼梯间往往损伤严重ꎬ产生严重的裂缝甚至坍塌ꎮ楼梯不仅未能有效发挥其人员疏散的重要功能ꎬ并且影响震后救援工作ꎮ由此可见ꎬ详细地掌握楼梯的抗震特性ꎬ并增强其抗震能力ꎬ将有效降低地震造成的损失ꎮ目前结构设计中ꎬ大多没有将楼梯结构与主体结构看作一个整体进行计算ꎬ而是各自独立设计ꎬ忽略了真实地震作用中两者之间的相互作用ꎮ楼梯设计时仅考虑竖向荷载ꎬ忽略了地震作用下其与主体结构的相互作用ꎬ导致楼梯的实际受力大于设计值ꎬ第４５卷第２期２０２３年６月㊀㊀㊀㊀㊀㊀南昌大学学报(工科版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)Ｖｏｌ.４５Ｎｏ.２Ｊｕｎ.２０２３㊀使楼梯结构在地震中易发生破坏[１]ꎮ目前ꎬ国内外学者已对这个问题展开相关研究ꎬ张望喜等[２]利用数值模拟的方法ꎬ通过比较不同工况下结构的位移响应等特征ꎬ分析装配式滑动支座楼梯抗震性能ꎬ发现该楼梯在地震作用下具有应力分布均匀ꎬ位移反应较小等优点ꎮ吴兆旗等[３]针对ＲＣ框架结构现浇板式楼梯抗震的分析结果ꎬ对板式楼梯抗震性能进行综合评价并针对性地提出其抗震性能评价方法ꎮ曹达忠等[４]针对混凝土板式楼梯中平台板滑动支座进行拟静力实验分析ꎬ发现滑动支座将使梯段板发生竖向翘起现象ꎮ马小瑞[５]使用ＡＮＳＹＳ针对板式楼梯㊁梁式楼梯㊁悬挑楼梯３种楼梯结构进行分析ꎬ发现楼梯结构可以提高整体结构体系的刚度ꎮＦａｌｌａｈｉ[６]利用Ｐｕｓｈｏｖｅｒ分析方法对ＲＣ框架进行分析ꎬ探究楼梯结构是否参与建模ꎬ楼梯位置等因素对结构的抗震性能的影响ꎮＷａｎｇ等[７]对１个５层楼梯结构进行振动台实验分析ꎬ得出反复拉压作用使连接处发生破坏ꎬ并进一步导致楼梯间破坏ꎮ以上研究主要集中于现浇板式楼梯以及装配式楼梯ꎮ目前对梁式楼梯抗震性能的研究主要集中于梁式楼梯结构对整体结构抗震性能的影响ꎬ而对现浇梁式楼梯连接方式以及对楼梯本身受力方面研究较少ꎮ因此ꎬ本文将针对框架结构中的现浇梁式楼梯ꎬ研究梁式楼梯结构参与整体计算与否以及楼梯不同连接方式对框架结构抗震性能与楼梯受力性能的影响ꎮ１㊀基本原理１.１㊀梁式楼梯梁式楼梯为踏步板下有梯梁支撑的楼梯ꎬ通常由平台板㊁梯梁㊁支承梁和踏步板组成ꎬ平台板和梯梁搭接并支承于支承梁ꎬ支承梁则与承重墙或框架柱相连ꎬ由于有梯梁的存在ꎬ梁式楼梯与板式楼梯的传力途径不同ꎮ梁式楼梯与梯梁的连接方式一般采用刚接ꎬ但为了改善性能ꎬ也会采用在下部与梯梁采用滑动支座ꎬ上部结构与梯梁连接方式见１.２节ꎮ１.２㊀滑动支座梁式楼梯梁式楼梯滑动支座连接为上端与支承梁刚接ꎬ在梯梁下端部与其支承梁之间铺上一层聚四氟乙烯板或其他摩擦系数比较小的一些特殊材料ꎬ这样在一定程度上释放了踏步板下端ꎬ允许结构发生一定程度的位移ꎬ防止斜撑效应的产生ꎬ改善结构受力分布状况ꎬ同时也减少了楼梯板因整体受力而产生的受力不规则性ꎬ具体做法见图１ꎮ5mm厚聚四氟乙烯板高端支承梁梯梁内延一跨封口边梁梯梁低端支承梁图１㊀梁式楼梯滑动支座做法Ｆｉｇ.１㊀Ｂｅａｍｓｔａｉｒｃａｓｅｓｌｉｄｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｍｅｔｈｏｄ２㊀数值建模２.１㊀模型参数为了分析结构抗震设计中是否考虑现浇梁式楼梯的参与和梁式楼梯支座连接形式等因素对框架结构以及楼梯本身地震反应的影响ꎬ本研究利用有限元动力分析软件ＡＢＡＱＵＳ建立了３种不同楼梯间的局部构造的单层框架模型:１)无楼梯整体框架模型(模型Ａ)ꎻ２)固定连接梁式楼梯整体框架模型(模型Ｂ)ꎻ３)滑动连接梁式楼梯整体框架模型(模型Ｃ)ꎮ楼梯采用Ｃ３０混凝土ꎬ其弹性模量为３０ＧＰａꎬ混凝土的密度取２.５ˑ１０３ｋｇ ｍ－３ꎬ泊松比取０.２ꎮ钢材采用ＨＲＢ４００级钢筋ꎬ其弹性模量为２００ＧＰａꎬ钢材的密度取７.８５ˑ１０３ｋｇ ｍ－３ꎬ泊松比取０.３ꎮ模型场地类别为二类ꎬ其地震分组为一组ꎬ结构相应的抗震设防烈度为７度ꎮ图２㊁图３分别为模型Ｂ的平面图和剖面图ꎬ其中ＫＺ为框架柱ꎬＴＺ为梯柱ꎬＴＬ１为支承梁ꎬＴＬ２为梯梁ꎬＴＢ１和ＰＴＢ分别为踏步板和平台板ꎬ相应结构尺寸如图ꎬ配筋的各项具体参数如表１㊁表２所示ꎬ其中Ｌ表示截面长度ꎬＷ表示截面宽度ꎬｔ表示板厚ꎮ表１㊀构件尺寸及配筋信息Ｔａｂ.１㊀Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｚｅａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ表２㊀构件厚度及配筋信息Ｔａｂ.２㊀Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ构件混凝土等级ｔ/ｍｍ纵筋箍筋ＴＢ１Ｃ３０１２０８＠２００ϕ８＠１００/２００ＰＴＢＣ３０１００８＠２００ϕ８＠１００/２００３６１第２期㊀㊀㊀㊀㊀文明等:现浇梁式楼梯支座形式对结构抗震性能的影响图２㊀楼梯平面图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｔａｉｒｃａｓｅｐｌａｎｅｇｒａｐｈ图３㊀楼梯剖面图Ｆｉｇ.３㊀Ｓｔａｉｒｃａｓｅｓｅｃｔｉｏｎｇｒａｐｈ２.２㊀建模方法由于踏步在结构整体计算中只参与了荷载的传递而对结构受力影响不大[８]ꎬ并且为了便于网格划分ꎬ因此在使用ＡＢＡＱＵＳ建立模型时忽略踏步ꎬ直接建立矩形楼梯板ꎬ踏步以荷载形式施加ꎮ混凝土模型采用塑性损伤模型ꎬ钢筋模型采用双线性模型ꎬ模拟钢筋骨架与混凝土框架间的相互作用时ꎬ采用ＡＢＡＱＵＳ中约束管理器中的内置区域[９]ꎮ混凝土采用８节点线性六面体减缩积分单元ꎬ钢筋骨架采用桁架ꎮ采用绑定约束来模拟梯梁与支承梁之间的固定连接ꎬ采用表面与表面接触的相互作用来模拟滑动连接ꎬ接触属性设置为法向硬接触ꎬ切向无摩擦ꎮ通过约束管理器中的内置区域ꎬ来模拟混凝土框架与钢筋骨架的相互作用ꎮ采用动力隐式分析步ꎬ楼梯间的约束条件随分析步而变化ꎬ在第１分析步中约束方式为固定连接ꎬ第２分析步中释放Ｙ方向的自由度ꎮ运用ＡＢＡＱＵＳ建立如图４所示的３种结构模型ꎬ并对结构做拟静力数值实验分析与动力时程分析ꎬ研究不同结构类型在同一荷载状况下应力㊁位移㊁耗能特性及混凝土损伤情况等方面的差异ꎮ(ａ)模型Ａ(ｂ)模型Ｂ(ｃ)模型Ｃ图４㊀３种楼梯间构造模型Ｆｉｇ.４㊀Ｔｈｒｅｅｓｔａｉｒｃａｓｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓ３㊀抗震性能分析３.１㊀模态分析模态分析是根据结构的阻尼㊁模态振型㊁频率等固有属性去描述结构动力特性ꎬ是时程分析的基础[１０]ꎮ本文采用Ｌａｎｃｚｏｓ法分析结构模态ꎬ结果中各方向振型参与质量均达到规范要求的９０％以上ꎬ图５为模型Ａ㊁模型Ｂ㊁模型Ｃ的前三阶模态图ꎮ(ａ)模型Ａ(ｂ)模型Ｂ(ｃ)模型Ｃ图５㊀各模型前三阶模态Ｆｉｇ.５㊀Ｔｈｅｆｉｒｓｔｔｈｒｅｅ￣ｏｒｄｅｒｍｏｄｅｓｏｆｅａｃｈｍｏｄｅｌ可知ꎬ有楼梯构件的模型前三阶模态以水平方４６１ 南昌大学学报(工科版)２０２３年㊀向运动为主ꎬ而对于无楼梯结构纯框架模型Ａꎬ其第三阶模态发生了竖向扭转ꎬ由此可知ꎬ存在楼梯结构会提高楼梯间抗扭刚度ꎬ也得出楼梯结构的存在以及其不同的连接会对结构的模态产生影响ꎮ各模型的前三阶自振周期如表３所示ꎮ表３㊀各模型前三阶自振周期Ｔａｂ.３㊀Ｔｈｅｆｉｒｓｔｔｈｒｅｅ￣ｏｒｄｅｒｓｅｌｆ￣ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｐｅｒｉｏｄｉｃｔａｂｌｅｏｆｅａｃｈｍｏｄｅｌ单位:ｓ阶数模型Ａ模型Ｂ模型Ｃ１０.１７２８０.０９２４０.２０６１２０.１５３３０.０８０２０.１６７１３０.１５２８０.０７２５０.１５８４可以看出ꎬ各模型的自振周期中ꎬ模型Ｂ最小ꎬ模型Ｃ最大ꎬ根据Ｔ＝２πｍ/ｋꎬ其中ｍ为质量ꎬｋ为刚度ꎬ可知ꎬ模型Ｂ与模型Ａ相比ꎬ由于考虑刚性楼梯的影响ꎬ结构的质量和刚度均增大ꎬ但质量增大幅度远小于刚度的增加幅度ꎬ因此周期下降ꎻ模型Ｃ与模型Ａ相比ꎬ由于考虑滑动楼梯的影响ꎬ结构质量和刚度均增加ꎬ但质量增加的幅度大于刚度增加幅度ꎬ因此周期得到提高ꎬ模型Ｂ与模型Ｃ相比ꎬ二者质量基本相近ꎬ但滑动楼梯整体刚度小于刚接楼梯ꎬ因此模型Ｃ的周期更大ꎮ综上所述ꎬ楼梯结构参与结构计算会增强整体结构的刚度和质量ꎬ滑动支座连接楼梯对整体结构质量增加幅度大于对刚度增加幅度ꎬ会引起整体周期提高ꎮ３.２㊀时程分析３.２.１㊀输入地震波考虑梁式楼梯与主体结构地震相互作用主要发生在梯梁方向ꎬ因此在地震反应分析模型中强震记录仅输入梯梁方向的单向水平地震荷载ꎬ本文共输入ＥＩ￣Ｃｅｎｔｒｏ波㊁Ｔａｆｔ波㊁天津波３组强震记录ꎬ加速度峰值统一调至０.２ｇꎮ由于篇幅限制ꎬ下面分析结果主要列出了ＥＩ￣Ｃｅｎｔｒｏ地震波输入时的结构反应ꎮ３.２.２㊀结构位移与应力响应ＥＩ￣Ｃｅｎｔｒｏ地震作用下不同模型中柱顶(ＫＺ)与层间支承梁(ＴＬ１)位置的Ｘ方向的水平峰值位移如表４所示ꎬ其中模型Ａ中间平台处峰值取上下框架梁对应位置位移平均值ꎮ可以发现ꎬ模型Ａ的柱顶与中间平台位置的位移最大ꎬ模型Ｂ各位置的位移最小ꎮ由于楼梯的存在可以提高框架结构的整体刚度ꎬ而刚接梁式楼梯对刚度增加更多ꎮ当楼梯以固定支座考虑时ꎬ柱顶位移的位移反应可以降低７２％ꎬ中间平台位置的地震反应可降低８５％ꎬ当加入上端固定㊁下端滑动的梁式楼梯时ꎬ柱顶位移的位移反应可以降低６２％ꎬ中间平台位置的地震反应可降低６８％ꎮ因此在抗震分析模型中加入楼梯将降低局部甚至整体的结构位移反应ꎮ由于本模型未考虑整体建筑结构对局部楼梯间位置的约束作用ꎬ结构地震反应的减少幅度会被放大ꎬ但局部模型可以更清晰地反映楼梯对结构地震反应的影响作用与规律ꎮ表４㊀结构峰值位移对比Ｔａｂ.４㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅａｋｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ单位:ｍｍ位置模型Ａ模型Ｂ模型Ｃ柱顶㊀㊀１５.７０４.３７５.８９中间平台４.２２０.６２１.３５在ＥＩ￣Ｃｅｎｔｒｏ地震波作用下ꎬ不同楼梯间结构钢筋与混凝土构件的最大应力云图如图６~图８所示ꎮ(ａ)钢筋应力(ｂ)混凝土应力图６㊀模型Ａ应力云图Ｆｉｇ.６㊀ＭｏｄｅｌＡｓｔｒｅｓｓｃｌｏｕｄｍａｐ㊀㊀由图６中应力云图可知ꎬ在未建楼梯的模型Ａ中ꎬ结构的最大应力发生在框架柱的塑性铰区域ꎮ而在图７与图８中ꎬ加入了楼梯的模型Ｂ与模型Ｃ中ꎬ梯梁与柱和平台梁相交处出现应力集中现象ꎬ混凝土和钢筋应力峰值加大ꎬ模型Ｂ的钢筋和混凝土应力峰值分别增大为模型Ａ相应峰值的２８００％和５６６％ꎬ模型Ｃ的钢筋和混凝土应力峰值分别增大为模型Ａ相应峰值的２３８９％和４２２％ꎬ但应力峰值区５６１第２期㊀㊀㊀㊀㊀文明等:现浇梁式楼梯支座形式对结构抗震性能的影响域主要发生在楼梯与框架梁连接刚接处ꎬ支座刚接处以及楼梯板区域ꎮ因此ꎬ模型中增加楼梯ꎬ楼梯与主体结构的相互作用将增大楼梯自身的应力水平ꎬ而减小对框架柱的影响ꎬ这与楼梯结构的实际受力较为吻合ꎬ因此在结构地震反应分析模型中有必要考虑楼梯的影响ꎮ(ａ)钢筋应力(ｂ)混凝土应力图７㊀模型Ｂ应力云图Ｆｉｇ.７㊀ＭｏｄｅｌＢｓｔｒｅｓｓｃｌｏｕｄｍａｐ(ａ)钢筋应力(ｂ)混凝土应力图８㊀模型Ｃ应力云图Ｆｉｇ.８㊀ＭｏｄｅｌＣｓｔｒｅｓｓｃｌｏｕｄｍａｐ㊀㊀此外ꎬ对比模型Ｂ和模型Ｃ可知ꎬ模型Ｂ的钢筋应力和混凝土应力峰值分别为１１８.８㊁３.９２１ＭＰａꎬ模型Ｃ的钢筋应力和混凝土应力峰值分别为１０１.８㊁３.０７５ＭＰａꎮ不难发现ꎬ改变楼梯与框架梁的连接支座形式ꎬ将影响楼梯与支座在地震荷载作用下的应力值ꎮ由于滑动梯梁下端可以沿支座滑动ꎬ地震时应力可适当减小ꎬ地震作用下楼梯间结构中钢筋与混凝土的应力峰值分别减小了１５％和２２％ꎬ因此使用滑动支座连接的楼梯结构可以有效减小构件内力ꎬ对结构抗震性能有利ꎮ３.３㊀拟静力数值试验３.３.１㊀滞回曲线为了对比２种不同支座类型楼梯在地震作用下耗能能力的差异ꎬ采用数值模拟方法对模型Ｂ与模型Ｃ分别进行拟静力性能分析ꎮ对模型底部进行固定约束ꎬ并建立２个分析步ꎬ第１个分析步在模型每个框架柱顶部施加２５０ｋＮ的竖向荷载ꎬ第２个分析步在模型顶部施加位移循环荷载ꎬ加载方式为第一级加载位移为１ｍｍꎬ往后每级施加２ｍｍꎬ每级加载反复循环一次ꎬ当模型发生屈服后ꎬ每级施加４ｍｍꎬ每级加载反复循环３次[１１]ꎮ得到的模型Ｂ和模型Ｃ的滞回曲线ꎬ如图９所示ꎬ图中Ｘ０表示位移ꎬＦ０表示侧向力ꎮ滞回曲线又称恢复力特性曲线ꎬ为试件采用拟静力实验方法来确定的荷载－位移曲线ꎬ可以很好地反映出构件在受力过程中刚度退化㊁变形和能量消耗特征[１２]ꎮ由图９可知ꎬ２个模型在加载初期曲线重合度较高ꎬ这是由于模型Ｂ和模型Ｃ２个模型的构件尺寸及其属性相同ꎬ楼梯处于弹性工作状态下ꎬ滞回环面积较小ꎬ耗能较小ꎮ随着位移荷载的增大ꎬ滞回曲线呈Ｓ形ꎬ并伴随着滞回曲线面积的增大ꎬ构件整体刚度发生退化ꎬ滞回曲线呈反Ｓ形ꎬ构件整体强度下降ꎬ承载能力减弱ꎮ滑动支座楼梯单元随着施加位移荷载的变化ꎬ其滑动支座连接部位发生相互错动ꎬ通过摩擦作用来达到耗能效果ꎬ因此滞回曲线相对于固定连接楼梯单元没有明显的捏缩效应[１３]ꎮ随着加载位移的增大ꎬ滞回环的面积也不断增大ꎬ并伴随着裂缝的产生和贯通造成结构承载力的减弱[１４]ꎮ对比２种连接方式的滞回曲线ꎬ可以看出滑动连接楼梯单元有 ６６１ 南昌大学学报(工科版)２０２３年㊀4503001500-150-300-450F 0/k N5025-25-50-75-10075200150100500-50-100-150-200F 0/k N5025-25-50-75-10075100Ｘ０/ｍｍ(ａ)固定连接楼梯滞回曲线Ｘ０/ｍｍ(ｂ)滑动连接楼梯滞回曲线图９㊀楼梯单元滞回曲线对比图Ｆｉｇ.９㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｔａｉｒｃａｓｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｕｒｖｅ着更大的滞回环面积ꎬ因此有着更好的耗能性能[１５]ꎮ以上表明ꎬ滑动支座楼梯单元有着更好的耗能特性ꎬ因此有着更好的抗震性能ꎮ３.３.２㊀骨架曲线骨架曲线是结构在加载过程中所得到的最大水平力相连的运动轨迹ꎬ可以很好地体现出混凝土结构的受力状态与结构变形过程中的规律和特性ꎮ模型Ｂ和模型Ｃ的骨架曲线如图１０所示ꎬ图中Ｆ１为荷载ꎬＸ０表示位移ꎮ由两骨架曲线可以看出ꎬ固定连接楼梯单元承载力峰值是滑动支座楼梯单元承载力峰值的２倍多ꎬ这是因为固定连接楼梯结构由于整体刚度大ꎬ从而使其承载力峰值增大ꎮ而滑动连接由于梯梁下部与支承梁连接断开ꎬ减弱了斜撑效应ꎬ减轻了结构内力ꎮ可以看出固定连接楼梯在位移值在５０ｍｍ左右时ꎬ便达到了结构的屈服点ꎬ而对于滑动连接楼梯屈服点位移值则可以达到７０ｍｍ左右ꎬ滑动连接楼梯结构有着更大的屈服位移[１６]ꎮ1005004003002001000-100-200-300F 1/k N6020-20-60-100固定连接滑动连接Ｘ０/ｍｍ图１０㊀楼梯单元骨架曲线对比图Ｆｉｇ.１０㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｓｔａｉｒｃａｓｅ以上表明ꎬ滑动支座楼梯单元有着更好屈服位移值ꎬ因此有着更好的抗震性能ꎮ但是在整体结构强度方面ꎬ滑动支座楼梯单元不如固定连接楼梯单元ꎬ结构能承受的最大应力小于固定连接楼梯单元ꎮ３.３.３㊀混凝土损伤情况分析在拟静力数值分析下得到模型Ｂ和模型Ｃ的混凝土损伤云图如图１１所示ꎬ分析２种结构损伤情况来判断２种结构形式的抗震性能ꎮ(ａ)固定连接构件混凝土受压损伤云图(ｂ)固定连接构件混凝土受拉损伤云图(ｃ)滑动连接构件混凝土受压损伤云图(ｄ)滑动连接构件混凝土受拉损伤云图图１１㊀混凝土损伤云图Ｆｉｇ.１１㊀Ｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍａｇｅｃｌｏｕｄｍａｐ７６１ 第２期㊀㊀㊀㊀㊀文明等:现浇梁式楼梯支座形式对结构抗震性能的影响由混凝土损伤应力云图可知ꎬ固定连接楼梯的梯柱最先出现损伤ꎬ伴随着荷载作用的增大ꎬ裂缝开始发展并逐渐贯通ꎬ其他构件交接处也开始出现损伤ꎬ并且随着荷载增大ꎬ损伤部位逐渐增大ꎮ与固定连接构件相比ꎬ滑动连接构件出现损伤区域与固定连接损伤区域相差不大ꎬ但是由于采用滑动连接ꎬ楼梯构件损伤程度明显减弱ꎬ除上部梯梁与支承梁连接处出现轻微损伤ꎬ其他部位未有太大损伤ꎮ此外滑动连接楼梯损伤发生的时间也要晚于固定连接楼梯ꎮ综上所述ꎬ滑动连接楼梯整体损伤要小于固定连接楼梯ꎬ此外固定连接楼梯结构损伤出现时间更早㊁分布更加分散ꎬ损伤扩散速度更快ꎬ因此采用滑动支座可以减轻整体结构的损伤ꎮ３.４㊀整体结构分析为了进一步验证上述结论的在整体结构中仍适用ꎬ研究建立３个６层ꎬ层高为４ｍ的框架模型Ｄ㊁模型Ｅ㊁模型Ｆꎬ模型与基础的连接方式为固定连接ꎮ各模型楼梯间均按上文中楼梯间构造设计ꎬ模型Ｄ为不设楼梯间的纯框架模型ꎬ模型Ｅ为设置固定连接楼梯的框架模型ꎬ模型Ｆ为设置滑动连接楼梯的框架模型ꎬ３种模型如图１２所示ꎮ分别对３个模型进行时程分析ꎬ时程分析采用与楼梯间模型相同的地震波ꎬ得到３个模型的Ｘ方向的水平位移以及模型Ｅ㊁模型Ｆ梯柱与平台梁内力值ꎬ位移具体数据如图１３所示ꎬ图中Ｘ０表示位移ꎮ(ａ)模型Ｄ(ｂ)模型Ｅ(ｃ)模型Ｆ图１２㊀３种框架构造模型Ｆｉｇ.１２㊀ＴｈｒｅｅｆｒａｍｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓX0/mm54321062018161412108642模型D模型E模型F楼层图１３㊀各模型Ｘ方向楼层位移Ｆｉｇ.１３㊀ＦｌｏｏｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｎＸｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｍｏｄｅｌ从图１３可以看出ꎬ纯框架结构模型Ｄ由于缺少楼梯结构ꎬ失去楼梯结构的刚度加强效应ꎬ导致位移最大ꎮ模型Ｆ由于楼梯下部约束释放ꎬ刚度减小ꎬ所以模型Ｆ的位移大于模型Ｄ的位移ꎬ模型Ｄ由于楼梯结构的刚度加强作用ꎬ位移最小ꎬ这与前面单独楼梯间分析情况一致ꎮ此外ꎬ我们针对２种不同的支座连接形式进行相关探究ꎬ以得出２种不同支座连接形式对整体结构抗震性能的影响ꎬ得到模型Ｅ㊁模型Ｆ梯柱与平台梁内力值ꎬ如表５㊁表６所示ꎬ表中ＦＮ表示轴力ꎬＱ表示剪力ꎬＭ表示弯矩ꎮ表５㊀模型Ｅ和Ｆ梯柱内力Ｔａｂ.５㊀ＭｏｄｅｌＥａｎｄＦｌａｄｄｅｒｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓ楼层模型Ｅ模型ＦＦＮ/ｋＮＱ/ｋＮＦＮ/ｋＮＱ/ｋＮ５３４.２４.８１３.８１.７４４９.１７.１２０.０２.６３６１.７８.５２４.０３.３２６９.８９.９２４.２３.７１６１.３９.７１６.５３.６８６１ 南昌大学学报(工科版)２０２３年㊀表６㊀模型Ｅ和Ｆ平台梁内力值Ｔａｂ.６㊀ＭｏｄｅｌＥａｎｄＦｐｌａｔｆｏｒｍｂｅａｍｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｖａｌｕｅｓ楼层模型Ｅ模型ＦＱ/ｋＮＭ/(ｋＮ ｍ)Ｑ/ｋＮＭ/(ｋＮ ｍ)５１８.２１９.０３.６９.６４２５.０２３.８４.７１２.８３３３.４３４.４６.０１６.４２３６.４４１.４７.５２０.０１３１.６３７.４６.２１９.６从表５和表６可以看出ꎬ滑动支座连接可以显著降低结构的内力ꎬ降低结构损伤ꎬ与前面单独分析楼梯间的结论一致ꎮ经对比分析ꎬ整体框架模型的受力情况以及特性均与楼梯间分析情况一致ꎬ进一步验证了结论的正确性ꎮ４㊀结论㊀㊀在楼梯间子结构模型与整体框架模型中分析楼梯结构及其连接方式对结构地震响应的影响ꎬ得出楼梯构件的设计方法对框架结构抗震设计的影响ꎮ分析中对比不同工况模型的模态㊁地震作用下的位移与应力响应ꎬ以及结构滞回及损伤情况ꎬ得出以下结论:１)在楼梯间子结构模型中增加楼梯板等构造可以提高楼梯间与结构的整体刚度ꎬ减小结构的自振周期ꎻ但滑动支座构造可以使楼梯间结构自振周期增加ꎮ２)地震作用下ꎬ在增加了楼梯结构的两类模型中ꎬ楼梯间的应力与位移反应均大幅度降低ꎮ并且楼梯间子结构的应力最大值出现在楼梯与框架梁的交接位置ꎮ因此ꎬ在框架结构的抗震设计中有必要充分考虑楼梯的构造与支座形式ꎮ３)总体来看ꎬ固定支座可以更好地降低结构局部甚至抗震结构的整体地震反应ꎬ但梯梁与梯板自身的地震反应也将增大ꎮ使用滑动支座连接不但可以大幅度降低结构整体的地震反应ꎬ还可以减小楼梯间及楼梯结构自身的受力反应ꎮ因此ꎬ考虑到楼梯作为逃生通道的重要作用ꎬ建议在楼梯的抗震设计时楼梯梁多采用滑动连接方式ꎬ以确保楼梯的抗震安全性ꎮ此外ꎬ为了使楼梯结构不但具有良好的抗震性能ꎬ还能起到出色的减震耗能作用ꎬ在今后的研究中可尝试使用更多新型的支座连接形式与楼梯的减震构造方法ꎮ参考文献:[１]㊀丛术平ꎬ陈家学ꎬ彭敏.ＲＣ框架结构防震楼梯间抗震性能试验研究[Ｊ].建筑结构ꎬ２０１９ꎬ４９(１２):７９－８２. [２]张望喜ꎬ王志强ꎬ刘精巾ꎬ等.采用装配式滑支板式楼梯的ＲＣ框架结构抗震性能[Ｊ].重庆大学学报ꎬ２０１９ꎬ４２(１):４８－６３.[３]吴兆旗ꎬ李晨亮ꎬ姜绍飞.基于性能的ＲＣ框架结构现浇板式楼梯抗震性能评估[Ｊ].福州大学学报(自然科学版)ꎬ２０１８ꎬ４６(１):１０９－１１４.[４]曹达忠ꎬ彭凌云ꎬ高志强ꎬ等.钢筋混凝土框架结构带高端平台板滑动支座楼梯抗震性能试验研究[Ｊ].建筑结构学报ꎬ２０１８ꎬ３９(７):４６－５４.[５]马小瑞.楼梯形式对ＲＣ框架抗震性能的影响分析[Ｊ].水利与建筑工程学报ꎬ２０１８ꎬ１６(１):２２４－２２９. [６]ＦＡＬＬＡＨＩＳꎬＡＬＩＲＥＺＡＥＩＭ.Ｒｅｓｐｏｎｓｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｉｒ￣ｗａｙｓｉｎＲＣｆｒａｍｅｓｕｎｄｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ３(４):６０７７－６０８２.[７]ＷＡＮＧＸꎬＡＳＴＲＯＺＡＲꎬＨＵＴＣＨＩＮＳＯＮＴＣꎬｅｔａｌ.Ｄｙ￣ｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｒｅｆａｂｒｉｃａ￣ｔｅｄｓｔｅｅｌｓｔａｉｒｓｉｎａｆｕｌｌ￣ｓｃａｌｅｆｉｖｅ￣ｓｔｏｒｙｂｕｉｌｄｉｎｇｓｈａｋｅｔａ￣ｂｌｅｔｅｓｔｐｒｏｇｒａｍ[Ｊ].ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｙｎａｍｉｃｓꎬ２０１５ꎬ４４(１４):２５０７－２５２７.[８]刘长洋.板式楼梯连接方式对ＲＣ框架结构的抗震性能影响研究[Ｄ].长沙:湖南大学ꎬ２０１５. [９]班慧勇ꎬ赵平宇ꎬ周国浩ꎬ等.复合型高性能钢材轴压构件整体稳定性能研究[Ｊ].土木工程学报ꎬ２０２１ꎬ５４(９):３９－５５.[１０]张望喜ꎬ刘长洋.考虑楼梯影响的５ １２汶川地震灾区某典型教学楼弹塑性分析[Ｊ].防灾减灾工程学报ꎬ２０１５ꎬ３５(５):６９９－７０６.[１１]傅华耀.带梁式楼梯框架结构抗震性能的研究[Ｄ].南昌:南昌大学ꎬ２０２１.[１２]刘如月.防屈曲支撑混凝土框架结构地震损伤分析[Ｊ].南昌大学学报(工科版)ꎬ２０２０ꎬ４２(４):３４６－３５４. [１３]王雨辰ꎬ胡淑军ꎬ熊进刚.腹板开洞的装配式ＲＣＳ节点抗震性能[Ｊ].南昌大学学报(工科版)ꎬ２０２１ꎬ４３(４):３０７－３１３.[１４]杨朋超ꎬ薛松涛ꎬ谢丽宇.消能减震建筑结构的贝叶斯有限元模型修正[Ｊ].土木工程学报ꎬ２０２１ꎬ５４(Ｓ１):１３－１９.[１５]罗维刚ꎬ刘纪斌ꎬ宋江朋ꎬ等.双重耗能机制框架剪力墙结构地震响应分析[Ｊ].振动与冲击ꎬ２０２２ꎬ４１(５):１５１－１５７.[１６]付国ꎬ张博ꎬ何斌.钢筋混凝土框架延性破坏准则研究[Ｊ].地震工程与工程振动ꎬ２０２２ꎬ４２(２):１６３－１７１.９６１第２期㊀㊀㊀㊀㊀文明等:现浇梁式楼梯支座形式对结构抗震性能的影响。

楼梯梯柱新规随着城市建设的不断发展，楼梯作为连接建筑物不同楼层的重要构件，其设计和规范也在不断完善。

楼梯梯柱作为楼梯的支撑结构，在新的规范中也有了一系列的变化和要求。

本文将介绍楼梯梯柱新规及其对建筑设计的影响。

一、楼梯梯柱的重要性楼梯梯柱承担着梯子的重量和人员的负荷，是确保楼梯结构安全稳固的关键部分。

合理设计的梯柱可以提供足够的支撑和稳定性，确保楼梯在使用过程中不发生变形或塌陷，保障人员的安全。

二、楼梯梯柱新规的要求1. 梯柱结构根据新规，梯柱的结构需要经过合理的计算和设计，确保其承载能力和稳定性。

在选材上，应优先选择质地坚固、抗压性好的材料，如混凝土、钢结构等。

2. 梯柱尺寸根据新规，梯柱的尺寸要求也有了一定的调整。

一方面，梯柱的直径或截面积需要根据楼梯的规模和使用人数进行合理设计。

另一方面，梯柱的长度和高度也需要遵循新的规范，确保其在承受垂直荷载时不会产生过大的变形。

3. 梯柱连接方式梯柱的连接方式也是新规中需要注意的一点。

新规要求梯柱的连接要牢固可靠，不能出现松动或断裂的情况。

一些更为先进的设计中，还引入了防震连接装置，以增强梯柱的抗震性能。

三、楼梯梯柱新规对建筑设计的影响1. 安全性的提升楼梯梯柱新规的出台，从根本上保障了建筑物楼梯的安全性。

合理的梯柱设计可以减少结构变形和松动现象，增强其稳定性和承载能力，有效降低了发生事故的风险，提升建筑物的整体安全水平。

2. 结构稳定性的提高梯柱作为楼梯的支撑点，其稳定性对整个楼梯结构的稳定性起着决定性的作用。

新规的要求使梯柱的结构得到优化和加强，进一步提高了楼梯的结构稳定性，减少了楼梯在使用过程中出现的问题。

3. 抗震性能的增强一些先进的梯柱设计中引入的防震连接装置，提高了楼梯梯柱的抗震性能。

这对于地震频发的地区尤为重要，可以有效抵抗地震产生的剧烈摇晃，确保楼梯的安全性，保障人员的生命安全。

四、总结楼梯梯柱新规的推行对于建筑设计和人员的生命安全具有极其重要的意义。

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。

楼梯设计对建筑抗震的影响及几点建议摘要：地壳结构的频繁运动，直接提高了我国地质灾害的发生频率。

要想为人们提供一个相对安全的生存环境，就必须要对建筑结构的抗震性能提出严格的要求。

楼梯是建筑结构中最重要的组成，是人们最重要的一种疏散通道。

在设计阶段提高楼梯的抗震性能，具有十分重要的意义。

本文重点针对楼梯设计对建筑抗震的影响进行了详细的分析，并提出了具体的楼梯设计策略，旨在提高建筑楼梯的抗震性能。

关键词：楼梯设计;建筑结构;抗震性能近几年来，人们对于建筑工程的施工质量与运行安全予以了高度的关注。

楼梯是建筑结构中最重要的一部分，其设计质量与施工质量，对于整个建筑结构的抗震性能有着直接的影响。

如果楼梯的设计不合理，不具有较高的抗震性能，将会因为地震的破坏力而出现楼梯构件损毁现象。

人们没有了畅通的逃生通道，其生命安全也会面临较大的威胁。

但是，如何在楼梯设计阶段，提高其抗震性能，是一个值得思考的问题。

一、楼梯设计对于建筑抗震的影响（一）楼梯作用力的影响楼梯结构中的竖向构件与自身传送力，是楼梯影响建筑结构抗震性能的具体体现。

楼梯设计对于建筑结构抗震性能的影响，受到建筑结构与楼梯间相对刚度比的影响。

即如果建筑结构的刚度较大、性能较优，那么楼梯的刚度就会相对减小，并且不会对建筑主体结构产生较大的影响。

如果在建筑工程设计阶段，采用了装配式结构、框架结构或者砌体结构，那么楼梯对于建筑主体结构的影响就非常大。

受到地震波的影响，地震荷载应力会传递给楼梯，进而使楼梯出现短柱或错层现象，甚至引起楼层的断裂。

一旦楼层断裂，那么建筑内的群众将无法安全逃生。

在地震荷载的持续影响下，建筑主体结构还会将正常情况的刚性状态，转变为弹性状态。

如果砌体承重墙或者填充墙没有开裂，或者开裂现象不明显，证明建筑主体结构的刚性结构没有彻底退化[1]。

如果地震强度较大，且超出了建筑结构的设计烈度范围，当建筑结构陷入弹性工作状态之后，建筑结构墙体就会出现明显的开裂问题，并且刚度开始快速退化。