浅析框架结构的楼梯斜撑效应100
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框架结构中现浇楼梯的抗震性能分析刘喜平【摘要】本文研究了框架结构的楼梯在汶川地震中出现的多种震害状况,如梯段板的断裂,框架角柱的短柱破坏,楼梯间梯柱、平台梁和平台板等构件的破坏.结合《建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)》部分规定和工程中楼梯的设计方法,分析了震害出现的原因,指出了GB 50011-2001规范中有关楼梯设计方法和构造措施的不足,给出了今后框架结构中楼梯设计和施工的相关建议.%The article studies damage of the Cast-in-place stairs of frame structures in Wenchuan earthquake, such as ladder board fracture, short column failure of corner column, damage of constructional column, platform beam and plate failure and etc. Based on the 2001 edition of the code for seismic design of building regulations and the design method of stair in engineering, we analyze the cause of the earthquake damage, show weaknesses of the stairs design method and construction measure in the old code, and put forward some suggestions about stair design and construction in the future.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2012(007)004【总页数】5页(P392-396)【关键词】楼梯;框架结构;抗震性能【作者】刘喜平【作者单位】陕西理工学院土建学院,汉中723001【正文语种】中文前言2008年的汶川大地震给灾区人民带来了重大的损失,震中区几乎是遭受毁灭性破坏。
带斜撑组合结构屈曲约束支撑的研究摘 要:屈曲约束支撑(BRB )是一种有着优良的滞回性能以及能量耗散能力的支撑体系,问世不久便逐渐应用到组合结构中,本文介绍了屈曲约束支撑的基本原理,并利用有限元程序对其屈曲承载力进行了分析,计算表明,屈曲约束支撑的承载力相比于传统斜撑的承载力有显著的提高。
关键词:组合结构 斜撑 屈曲约束支撑1 前言组合结构在中震和强震时,传统中心支撑框架系统的斜撑由于受压,很容易发生屈曲而使结构破坏,图1是几种常见的中心支撑框架。
斜撑的屈曲不利于耗散地震波传到结构的能量,所以传统中心支撑框架系统结构抗震较差。
为了解决传统斜撑受压屈曲的问题,相关学者经过多年研究,研制出一种可避免屈曲的支撑,称为屈曲约束支撑BRB(bucklingrestrainedbraces)[1]。
V 形支撑 倒V 形支撑 K 形支撑 X 形支撑 对角支撑图1常见的中心支撑框架2 屈曲约束支撑的基本原理尽管目前屈曲约束支撑的形式很多,但基本原理(如图2所示)都大同小异,屈曲约束支撑中心是芯材,材料一般为屈服钢或者碳钢,芯材外面套有外围约束,一般为钢制套管,把混凝土或砂浆灌注在钢制套管与芯材之间。
这样一来,对于芯材可以形成有效的侧向约束,从而很好地避免了斜撑受压时的整体屈曲。
考虑到芯材的泊松效应受压会产生侧向的膨胀,所以,在芯材与混凝土或者砂浆之间设有无粘结可膨胀的填充材料,或者留有间隙非常狭小的空气层[2]。
图2 屈曲约束支撑原理图[3]可屈服的芯材 芯材和混凝土间的无粘结材料 混凝土或砂浆钢制套管3 屈曲约束支撑承载力有限元分析本文中分析仅考虑圆管截面采用ANSYS 进行分析[4],具体截面样式采取如图3所示。
具体参数见表1。
图3 屈曲约束支撑截面内外套管之间涂脂类涂料,使得管壁之间的摩擦系数为零,外管仅对内管提供法向面内约束。
内管两端为加载端。
具体尺寸参见图4。
图4 模型具体尺寸芯材单元选择为SOLID185,外套筒单元选择为SOLID45,接触目标面单元TARGE170,接触面单元CONTA174,对外套筒约束柱所有节点的沿杆纵轴的位移(UZ ),内套筒底部仅约束为UX ,UY ,UZ ,即考虑为铰接,在芯材的另一端加载,有限元模型如图5所示。
地震作用下楼梯对框架结构的作用探讨摘要:楼梯是建筑结构设计中一个比较重要的组成部分,其在建筑的结构中主要起着斜撑的作用。
在实际的建筑设计施工过程中设计人员要对建筑结构中楼梯间的设计引起足够的重视,要充分的考虑到地震作用下,楼梯间的各个组成构件的受力有着巨大的差异,对地震作用下建筑整体的框架结构的受力性能也会产生不同的影响。
本文通过对地震作用下楼梯对框架结构的影响结果的分析,阐述了在地震作用下楼梯对于不同建筑框架结构的作用。
关键词:地震;楼梯;框架结构;作用随着我国建筑行业的不断发展,在实际进行建筑设计的过程中更加注重建筑结构的安全性和可靠性,而防震性能是评价建筑安全性能的一个重要参数。
建筑设计施工的过程中,楼梯间的设计是一个至关重要的组成部分。
对于建筑工程来说,楼梯部件是建筑结构的重要的组成部分,更对整个建筑的安全性和稳定性起着重要的作用。
发生地震灾害时,楼梯是主要逃生渠道,因此在建筑防震方面楼梯发挥了非常重要的作用。
就我国现阶段的地震灾害的情况来看,地震作用下楼梯相比于建筑房屋主体更容易受到破坏,一旦楼梯受到破坏整个建筑的主体结构也将受到严重的负面影响[1]。
另外,还存在着在地震作用下房屋主体并没有受到破坏而楼梯间却严重损坏的情况。
所以楼梯间的设计对于建筑结构主体的的稳定性,尤其是在地震作用下建筑主体结构的稳定性起着至关重要的作用。
一、地震作用下楼梯损坏的原因以及情况分析发生地震时,楼梯在整个的建筑结构中不仅充当了逃生通道的角色并且对于建筑结构的整体抗震能力起着重要的作用。
在一般情况下,建筑结构的设计中,楼梯的防灾能力要求比建筑整体的框架结构的要求更高。
地震作用下,楼梯破坏的原因主要有两种:结构破坏和非结构破坏。
楼梯的两种破坏类型中,非结构破坏的主要表现为楼梯间的横墙出现“X”型裂缝现象,另外非结构破坏还会造成楼梯与墙体连接处出现裂缝的现象,导致局部坍塌的情况。
建筑楼梯的非结构破坏的原因是楼梯板斜向放置,楼梯板以及楼梯间的分隔柱即将楼梯间的填充墙分割的太过零散、楼梯间小柱没有延伸至上层梁的梁底以及填充墙构造措施不够科学合理。
建筑结构设计建模中考虑楼梯的一些观点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。
楼梯对结构抗震设计的影响分析发表时间:2016-11-03T15:36:24.630Z 来源:《基层建设》2015年11期作者:许韵健[导读] 摘要:根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6.1.4条条文说明:2008年汶川地震震害进一步表明,框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。
本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。
抗震设计时,楼梯间为主要疏散通道,其结构应有足够的抗倒塌能力,楼梯应作为结构构件进行设计。
广东省建科建筑设计院摘要:根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6.1.4条条文说明:2008年汶川地震震害进一步表明,框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。
本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。
抗震设计时,楼梯间为主要疏散通道,其结构应有足够的抗倒塌能力,楼梯应作为结构构件进行设计。
本文就楼梯对结构抗震设计方面的影响展开了简要的分析。
关键词:楼梯;斜撑;结构整体刚度;稳定;抗扭一、楼梯在结构抗震中的重要性楼梯本来能起到为受灾群众提供重要垂直疏散道路的作用,它的应用是最为普遍的救生通道,在地震到来时担当着非常重要的角色。
但是,经过许多的专家学者们亲赴灾区进行了大量的震害调查及分析研究,发现地震灾害到来之际,楼梯并未发挥其所应有的作用,反而是人员伤亡较重的地方之一。
所以建筑物结构要留有一定的安全储备,这样建筑物就需要存在不易严重破坏的区域(如楼梯间)。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6.1.4条条文说明:2008年汶川地震震害进一步表明,框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。
本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。
抗震设计时,楼梯间为主要疏散通道,其结构应有足够的抗倒塌能力,楼梯应作为结构构件进行设计。
框架结构中楼梯构件的组合内力设计值应包括与地震作用效应的组合,楼梯梁、柱的抗震等级应与框架结构本身相同。
因此,为了保证楼梯在强烈地震作用下能够正常工作,能形成应急疏散的安全通道,在进行结构设计时,不仅仅需要保持楼梯结构的整体抗震性能,还需要保证楼梯的一些非结构构件的脱落不会致使楼梯堵塞。
现浇楼梯与框架结构协同工作的抗震性能分析研究摘要:本文利用有限元方法,建立了不考虑楼梯参与结构整体抗震计算的模型和楼梯以不同的布置位置参与整体结构的抗震计算模型,比对它们分别进行了抗震性能分析。
通过比较分析发现:参与整体计算的楼梯对结构自振特性、结构抗侧刚度、地震作用下楼梯构件的应力状态发生明显的变化,并初步分析了产生这些现象的原因。
关键词:现浇楼梯;地震作用;斜撑作用;有限元分析一、概述传统的框架结构建模分析和计算时常不考虑楼梯对结构抗震性能方面的影响,仅将楼梯间荷载折算为作用在结构上的竖向面荷载。
结构设计时再将楼梯作为一个独立的部分进行单独设计。
但汶川地震后,人们通过对建筑物的震害分析发现: 大量砌体结构、框架结构的楼梯间破坏严重,出现楼梯板断裂,梯柱、梯梁剪扭破坏的现象。
楼梯构件的破坏形态完全超出了结构工程师的预期设计。
楼梯间作为逃生和临时避难的安全岛,若楼梯在地震中首先发生破坏,将给建筑物内逃生人员造成极大威胁。
因此,深入研究现浇楼梯与框架结构地震作用下的协同工作十分有必要,但目前此类问题的研究尚少。
建筑抗震设计规范第3.6.6条明确要求:在利用计算机进行结构抗震分析时在计算中应考虑楼梯构件的影响。
规范条文说明中指出楼梯梯板具有斜撑的受力状态。
第6.1.15条也指出:楼梯结构与框架主体结构整体现浇时应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响。
为了分析楼梯与框架结构协同工作的抗震性能,本文将利用有限元软件建立三种空间结构计算模型进行地震作用下的抗震性能分析,以期得到一些有益结论。
二、有限元计算模型及分析(一)有限元计算模型五层钢筋砼框架结构,层高 3.5m,柱截面尺寸为450mm×450mm;楼梯形式为普通直行双跑板式楼梯,梯板厚度100mm,梯柱截面300mm×300mm,梯梁截面200mm×350mm。
采用结构有限元软件ansys 建立三种空间有限元模型:模型a为不考虑楼梯的计算模型;模型b为楼梯布置在结构两侧的计算模型;模型c为楼梯布置在结构中部的计算模型。
楼梯对框架结构整体性能的影响论文
楼梯对框架结构整体性能的影响以及其意义
楼梯是建筑物中最重要的组成部分之一,它负责连接不同楼层,使建筑内部的空间变得更加通透。
然而,除了传递功能外,楼梯在建筑中也起着重要的结构作用。
楼梯的结构安全性可以很大程度上影响建筑的整体结构性能,而这也是建筑物的安全性不容忽视的一个重要因素。
以钢筋混凝土框架结构为例,楼梯结构安全性对整体结构性能影响很大。
首先,楼梯需要在楼板上预先开挖凹槽,这可以改变楼板的加载情况,导致整体框架结构受力状态发生变化,从而影响框架结构的性能。
其次,楼梯的受力情况还可能影响框架结构的位移、变形等结构变形,同时影响到结构的稳定性,使整体框架结构整体性能受到影响。
此外,楼梯的安装过程也会影响到框架结构的整体性能。
如果安装不当或施工质量不高,楼梯的受力情况将会发生变化,进而导致框架结构的应力状态出现变化,从而影响到框架结构的性能。
因此,楼梯安装过程应严格按要求进行,确保安装质量,才能有效保证框架结构的整体性能。
综上所述,楼梯对框架结构的整体性能影响很大,而且不容忽视。
因此,在建造框架结构建筑时,必须特别注意楼梯的结构设计以及安装质量,确保楼梯结构有效性,以确保框架结构的整体性能。
板式楼梯在框架结构中的抗震设计分析许旻文【摘要】自汶川大地震后,我国对于建筑建设质量与其抗震能力越来越关心,如何进一步提高建筑物的抗震能力受到了广泛关注。
笔者通过分析汶川大地震中事故案例发现,存在着不少建筑物是由于其板式楼梯的破坏而发生的悲剧。
楼梯,作为人员疏散的重要环节,楼梯的破坏也成为了地震中致人死亡的一个主要诱因。
所以笔者谨以此文来对板式楼梯在框架结构中的抗震设计进行分析,探讨个人对于板式楼梯的抗震设计及施工措施一些看法。
【关键词】板式楼梯;框架结构;抗震设计对策;施工对策【中图分类号】TU229【文献标识码】A【文章编号】1002-8544(2017)20-0044-02引言板式楼梯由于梯段无边梁,造型轻巧,模板简单,施工方便,被广泛使用。
框架结构作为多层结构最常用的结构形式,同样被广泛使用。
因此,板式楼梯在框架结构中的抗震设计分析具有一定的代表意义。
地震作用下,楼梯的梯板具有斜撑的受力状态,对于框架结构的整体刚度往往有较明显的影响。
之前常规的结构设计方法仅考虑了楼梯竖向等效荷载,并未考虑楼梯刚度对结构整体的不利影响,存在一定的安全隐患。
楼梯是楼层间的垂直交通枢纽,是地震时人员疏散的生命通道,因此确保楼梯的安全性尤为重要。
1.板式楼梯损坏类型与原因分析1.1 梯板的破坏笔者通过分析汶川地震以及相关案例发现,梯板的破坏主要是由于在地震力作用下,梯板受到了过大的外力作用。
破坏性断裂点主要存在于施工缝或梯板上部钢筋截断位置。
导致此类破坏的原因一方面是施工时施工缝未按规范要求施工,存在一定量的夹渣导致新老混凝土未有效结合,在遇到较大地震力作用时开裂破坏。
另一方面,由于常规楼梯板计算按简支计算,梯板上部只按照构造要求配置钢筋,且只在两侧支座向内1/4的板跨范围布置,使得在有竖向地震力时梯板上部出现负弯矩的情况下,产生裂缝甚至破坏。
1.2 平台梁、板的破坏在地震中板式楼梯的平台梁、板也是主要的损坏位置。
框架结构中板式楼梯震害分析及对策探讨【摘要】近年来我国有多地都遭遇了不同程度的地震灾害,很多房屋建筑受损,给人民群众的生命安全带来严重威胁。
为了能够进一步提高建筑的抗震性能,建筑设计人员都在积极研究和改进施工技术。
现本文中主要是针对框架结构中板式楼梯这一细节部位的抗震性能进行分析研究。
文章首先分析了板式楼梯的破坏形态与成因,继而就其应对措施进行了简要探讨,提出一些对策建议,以供参考。
【关键词】框架结构;板式楼梯;震害破坏;成因;对策在建筑结构中,板式楼梯是内部最为常用的上下通道形式,在现代建筑中具有着广泛的应用。
很多建筑设计师在设计框架结构的板式楼梯时,大都认为这仅仅只是供人们上下楼,并不承受太大的荷载,因而并不特别重视其性能设计。
但事实上,当建筑遭受地震等外界巨大作用力时,板式楼梯是极易受到破坏的,楼梯一旦破坏,人们在震时的唯一逃生通道就没有了,给人员逃生和震后救援都带来极大的难度。
为此,必须要重视起建筑结构中的板式楼梯抗震设计。
以下本文中笔者主要通过分析楼梯的破坏成因,来探讨其相应的对策措施。
1、框架结构中板式楼梯的破坏形态与成因分析在当前的建筑结构设计中,框架结构无疑是最为常见的结构设计形式,而板式楼梯也是建筑结构内部中常用的楼梯结构形式。
因此以框架结构中的板式楼梯作为例子来研究楼梯的抗震性是最具有代表性和广泛性的。
一般来讲,在框架结构的板式楼梯中,楼梯的破坏形态主要有以下几种:1.1梯板破坏楼梯梯板遭受破坏一般是梯板在外界作用力下发生断裂,其断裂的部位一般都在距离支座的1/3处、施工缝处、装修层以及沿梯板长度方向等部位。
导致梯板破坏的原因除了地震的强大外力作用以外,还有在建筑施工中,对梯板的施工缝留置不够合理恰当,或者施工缝中存在较多的夹渣,使得新旧混凝土结合性较差,使得其在外力作用下极易发生断裂。
另外,若楼梯在设计施工中,对其进行配筋设计时没有充分考虑到梯板的抗震性,因而布置钢筋时忽视了其所能承受的最大拉力,也很容易引起梯板断裂。
浅谈框架结构中板式楼梯震害分析及对策发表时间:2016-09-23T14:39:19.350Z 来源:《低碳地产》2016年第6期作者:石建[导读] 在发生地震灾害时,楼梯是人们逃生的一个重要通道,在整个建筑工程中发挥着极为重要的作用。
黑龙江省建设集团建筑设计研究院有限公司【摘要】自然灾害当中,地震灾害所带来的影响是非常大的,在近几年当中,我国发生的地震数量明显增加,这种地震灾害给建筑的安全带来了非常大的负面影响,框架结构是工程施工中的一个重要内容,地震对框架结构中楼梯的可靠性造成很大的危害,本文主要探讨了框架结构中板式楼梯震害分析及对策,希望能够给相关人员提供经验和借鉴。
【关键词】地震;板式楼梯;框架结构;震害;建筑工程;设计在发生地震灾害时,楼梯是人们逃生的一个重要通道,在整个建筑工程中发挥着极为重要的作用,所以在我国当前的形势下,保证楼梯的竖向施工质量,更好地符合抗震对建筑的要求时非常重要的一个环节,是地震发生时展开救援工作所采取的主要方式,它的建设质量也直接影响了人员疏散的效果,质量有保证的前提下也能更好地对灾害造成的损失进行控制。
在当前的建筑工程设计和施工中现浇板楼梯在框架结构中是最为常见的一种形式,在实际的经验总结中,板式楼梯是框架结构中非常薄弱的环节,所以在实际的工作中一定要对这一环节的施工质量进行有效的控制。
一、板式楼梯概述板式楼梯是现代建筑结构中应用最为普遍的一种通道,在多个种类的建筑当中都有着非常广泛的应用,虽然在科技日益发展的今天,电梯的普及度越来越高,但是在很多民用建筑当中依然可以看到板式楼梯的身影。
相对电梯而言,它的安全性和稳定性都要更高一些。
1、板式楼梯概念板式楼梯是将整个楼梯视作一块强度较高的板材,把板的两端放在板梁上,过度平台对墙体主要起支撑作用的一个楼梯结构,这样的楼梯结构也是所有建筑中最为普遍的一种楼梯形式,一般有三个类别,一种是三跑楼梯,一种是双跑楼梯,最后一种是单跑楼梯,这种结构在施工过程中操作非常方便,而且也可以承受非常大的重力,优势非常明显。
楼梯间减震防倒塌支座减震分析摘要:本文主要论述了楼梯间减震防倒塌支座的作用,分析了如何在楼梯之间布置更加有效的减震防倒塌支座,从而提升建筑结构的防震抗震的效果,降低地震造成的危害。
地震对建筑的破坏巨大,楼梯结构是建筑结构中最为脆弱的一个部分,因此,建筑人员历来关注楼梯间的防震措施,楼梯间减震防倒塌支座可以有效的提升结构的稳定性和安全性,值得我们深入分析和研究,并科学应用在建筑建设中。
关键词:楼体;减震防倒塌支座;减震一、框架结构楼梯的震害破坏形式楼梯在地震作用中受到破坏是普遍的,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。
2、现浇楼梯踏步板破坏:在地震的作用下,踏步板中预加的钢筋和踏步板的混凝土界面发生破坏,使得内部钢筋被拉断或者发生弯曲变形;或者由于楼梯的剪切变形,使得钢筋脱离出预制混凝土踏板;或者在预制混凝土踏步板和砌筑墙体连接的接缝出踏步板会从中滑落进而影响到整个框架结构。
3、楼梯柱破坏:像旋转形楼梯等,旋转中心的楼梯柱会随着楼梯混凝土踏步板的破坏而破坏;还有就是楼间构造角柱的端部发生剪切破坏。
4、平台预制板的破坏:和平台梁紧挨的平台预制板也是容易破损的结构,它主要是楼梯上下端头部分发生剪切破坏等。
二、楼梯间减震防倒塌支座针对传统滑动支座做法存在的缺陷,本文提出了楼梯间采用减震防倒塌支座构造做法,如图1所示。
在梯板与梯梁之间设橡胶隔震垫,通过上下两端的连接板将梯板和梯梁连为一体,使得梯板与梯梁可水平滑动,不会在大震下发生脱落,并在楼梯踏步内部预设变形区。
减震防倒塌支座具有以下几个特点:(1)安全,保证大震时梯板滑动去掉斜撑效应的同时,不会滑落。
(2)减小楼梯间地震作用;橡胶支座增大了楼梯间的阻尼比,有效降低了楼梯间地震作用。
浅析框架结构的楼梯斜撑效应
摘要:楼梯作为混凝土框架结构重要的逃生通道,在大量的震害统计中,表现
出先于框架主体结构的严重破坏,使其丧失应有的作用。本文针对该现象,通过
文献检索对其主要因素“楼梯斜撑效应”进行了分析,并探索了相应的解决措施。
关键词:框架结构;楼梯;斜撑效应;混凝土
前言
钢筋混凝土框架结构在国内仍被广泛应用,其中的楼梯作为重要的逃生通道,
在大量的震害统计中,表现出先于主体结构的严重破坏,使其丧失安全岛的作用。
究其原因,以前的相关研究在肯定楼梯对结构刚度和承载力影响的条件下,旨在
通过相应的抗震设计增强楼梯间结构的耗能能力,使其成为第一道抗震防线;抗
震设计方案则是将楼梯间与框架结构主体分开计算,结构分析中将楼梯间作开洞
处理,将其荷载作为重力荷载代表值的一部分考虑其对框架结构的抗震影响。传
统的设计方法,忽略了楼梯间与框架结构的整体性,忽略了楼梯梯段斜撑作用及
其对框架结构整体抗震性能的影响,导致楼梯间与其周边框架结构构件的联系不
够紧密,成为地震中的第一道防线优先被破坏。
1楼梯斜撑效应
国内关于楼梯斜撑效应的研究可追溯到20世纪80年代。1986年,设计大师
傅学怡[1]在“高层建筑结构正现浇楼梯对抗侧刚度的影响分析”中,提出楼梯斜撑
效应及其对框架结构抗侧刚度的影响,并推导了抗侧刚度增大系数。90年代,曹
万林教授等人[2]对混凝土异形柱框架楼梯结构进行试验研究,重点分析了楼梯耗
能的原因,并对提高楼梯耗能性能提出建设性意见。21世纪初,清华大学王奇教
授[3]从工程实例出发,分别对框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构在考虑楼
梯作用下的结构自振特性和受力性能进行分析,结果表明,楼梯的参与对框架结
构的自振特性、整体刚度及构件内力影响更为明显。随后,设计人员胡庆昌[4]从
工程经验及数次震害的统计中,对楼梯间的震害表现做了统计,并提出在不同的
设计体系中都应加强楼梯和楼梯间结构的概念设计与构造措施。2008年汶川地震
后,楼梯间先于框架主体发生的严重破坏,让专家学者们意识到之前将楼梯设计
成第一道抗震防线的做法是错误的。随后,便出现大量关于楼梯对框架结构抗震
性能影响、框架结构考虑楼梯斜撑作用的抗震分析的研究文献。西南交通大学刘
俊、沈火明[13]通过对不带楼梯、带楼梯、带采用活动支座楼梯模型进行静力推
覆(pushover)分析,得出采用滑动支座可释放楼梯斜撑作用、减少楼梯地震作
用效应的结论;同时指出,该方法会造成结构变柔、层间位移过大的不利影响。
2 楼梯的震害表现
由汶川地震的震害统计[5]得知,框架结构楼梯的破坏主要集中于梯段板、楼
梯间角柱、梯柱和平台梁处。
(1)梯段板。梯段板的破坏主要表现为沿梯段宽方向的水平裂缝,且在水
平裂缝处混凝土压碎、梯段板弯曲下挠甚至断裂。水平裂缝主要集中在距离两端
支座约1/4处和楼梯施工缝(梯段板1/3跨)处。
(2)楼梯间角柱。角柱破坏主要表现为半柱高处的剪切破坏,破坏面处钢
筋屈曲,混凝土压碎。
(3)楼梯间梯柱。梯柱一般为构造构件,截面尺寸和配筋均偏小,故在大
震中会出现柱头破损、混凝土压碎的破坏表现。
(4)平台梁。破坏主要表现为平台梁的两端和跨中破坏明显,开裂处混凝
土保护层剥落、钢筋裸露。
3考虑楼梯斜撑效应的框架抗震设计
传统的框架结构设计,理论上将框架简化为平面模型进行计算,楼梯间则单
独另算;设计中将楼梯间部分作开洞处理,其荷载经过近似转换导荷在框架结构
上。这种方法虽简化设计,但忽略了楼梯斜撑作用及其与框架的相互联系,导致
楼梯间与结构主体联系欠佳,成为结构整体的抗震第一道防线。
由前述内容可知,楼梯的斜撑作用会增强框架梯井处的刚度增大地震作用,
导致破坏严重,故在设计中是不能忽略楼梯对框架的整体性影响。针对该问题,
抗震设计可以通过“收”和“放”另种途径予以解决。
(1)“收”。即在框架结构抗震设计过程中考虑楼梯间的斜撑效应,在建模、
数值分析过程中,将楼梯与框架主体整体建模、计算,从而“收”入楼梯间处地震
作用,加大钢筋配置。目前国内已有不少研究通过结构设计软件和有限元分析软
件对框架结构主体和楼梯进行一体建模和抗震性能分析,但该方法分析过程复杂,
在实际工程中采用不多。
(2)“放”。即将楼梯间与框架主体脱开,减小楼梯斜撑地震作用效应。图集
《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(现浇混凝土板式楼
梯)》(16G101-2)中,通过对ATa型、ATb型、CTa型、CTb型楼梯在低端梯
梁与梯段板间设置滑动支座的方法,“放”掉楼梯对框架主体产生的斜撑效应。该
方法会削弱了框架结构整体刚度,使层间侧移增大,但因其方便,是目前工程中
广泛采用的抗震措施。
4结论与展望
(1)研究表明,框架结构中的楼梯会产生斜撑作用,该作用会导致楼梯间
处因地震作用增大而过早破坏,该效应破坏楼梯间作为安全通道的作用,并破坏
楼梯与框架主体的整体性,在设计中应予以考虑。
(2)目前国内实际工程中,考虑方便快捷,多采用滑动支座以释放楼梯的
斜撑作用,但该方法会导致结构整体变柔、层间侧移过大等不利影响。所以有关
框架结构考虑楼梯斜撑效应的抗震设计,还有很多方法、措施需要行业人士继续
探索、研究。
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